- •Л.В. Кольцов, м.А. Лосева
- •Глава 1.1 Предмет курса. Основные понятия. Классификация дисперсных систем. Методы получения дисперсных систем
- •Классификация по агрегатному состоянию фаз
- •Глава 1.2 Молекулярно-кинетические свойства дисперсных систем
- •Тема 1.2.1.Броуновское движение
- •Тема 1.2.2. Диффузия
- •Тема 1.2.3. Осмотическое давление
- •Глава 1.3 Оптические свойства и методы исследования дисперсных систем
- •Вопросы для самоконтроля
- •Тема 2.1.1. Термодинамическая характеристика дисперсных систем. Термодинамический метод избыточных величин Гиббса и метод «слоя конечной толщины
- •Тема 2.1.2. Поверхностное натяжение. Методы измерения поверхностного натяжения. Зависимость поверхностного натяжения от температуры и концентрации. Уравнение Шишковского
- •Тема 2.1.3. Уравнение Гиббса-Гельмгольца для поверхностной энергии. Полная поверхностная энергия
- •Глава 2.2 Адсорбция
- •Тема 2.2.2. Фундаментальное уравнение Гиббса. Определение Гиббсовской адсорбции.
- •Тема 2.2.3. Поверхностная активность. Поверхностно-активные и поверхностно-инактивные вещества. Анализ уравнения Гиббса. Пав. Эффект Ребиндера. Правило Дюкло-Траубе
- •Глава 2.3 Адсорбционные равновесия
- •Тема 2.3.3. Адсорбция на границе «твердое тело – жидкость». Молекулярная адсорбция. Правило выравнивания полярностей Ребиндера
- •Глава 2.4 Адгезия. Когезия. Смачивание и растекание жидкости
- •Тема 2.4.1. Понятие когезии и адгезии. Смачивание и растекание. Работа адгезии и когезии. Уравнение Дюпре. Краевой угол смачивания. Закон Юнга. Гидрофобные и гидрофильные поверхности
- •Тема 2.4.2. Коэффициент растекания по Гаркинсу. Условие растекания и смачивания. Эффект Марангони. Правило Антонова
- •Глава 2.5 Адсорбция ионов на кристалле. Электрокинетические явления
- •Тема 2.5.1. Образование и строение дэс. Электрокинетический потенциал. Правила написания мицелл
- •Тема 2.5.2. Обменная адсорбция. Иониты. Уравнение Никольского
- •Тема 2.5.3. Электрокинетические явления. Электрофорез. Электроосмос. Расчет -потенциала по скорости электрофореза и электроосмоса. Понятие поверхностной проводимости
- •Электроосмос - направленное перемещение жидкости в пористом теле под действием приложенной разности потенциалов (рис. 2.5.3.6).
- •Глава 3.1 Стабилизация и коагуляция дисперсных систем
- •Тема 3.1.1. Виды устойчивости дисперсных систем. Лиофобные и лиофильные золи
- •Правила коагуляции:
- •Тема 3.1.3. Теория длфо
- •Тема 3.1.4. Виды коагуляции: концентрационная и нейтрализационная. Коагуляция смесями электролитов. Явление «неправильные ряды». Механизм и кинетика коагуляции
- •При коагуляции смесью электролитов различают два типа процессов:
- •Тема 3.1.5. Седиментация и диффузия. Гипсометрический закон. Седиментационно-диффузионное равновесие. Скорость седиментации
- •Глава 4.1 Теория структурообразования Управление структурно-механическими свойствами материалов
- •Тема 4.1.2. Классификация дисперсных систем по структурно-механическим свойствам. Возникновение объемных структур в различных дисперсных системах
- •Глава 5.1 Свойства растворов высокомолекулярных соединений
- •Тема 5.1.1. Свойства вмс. Мембранное равновесие Доннана. Набухание вмс. Их растворение. Давление набухания. Степень набухания. Пластификаторы. Уравнение Хаггинса
- •Тема 5.1.2. Белки как полиэлектролиты
- •Тема 5.1.3. Вязкость дисперсных систем и растворов вмс. Уравнение Бингама. Удельная, характеристическая, относительная вязкости. Методы измерения вязкости. Тиксотропия
- •Рассмотрим три наиболее распространенных метода измерения вязкости:
- •Тема 5.1.3. Коллоидные пав
- •Свойства водных растворов пав
- •Глава 6.1 суспензии
- •Глава 6.2 пасты
- •Глава 6.3 эмульсии
- •Глава 6.4 пены
- •Глава 6.5 аэрозоли
- •Классификация аэрозолей
- •Вопросы для самоконтроля
- •Глава 6.6 порошки
- •Поверхностные явления в дисперсных системах
- •443100. Г. Самара, ул. Молодогвардейская, 244. Главный корпус.
- •4 43100. Г. Самара, ул. Молодогвардейская, 244. Корпус №8.
Классификация по агрегатному состоянию фаз
Агрегатное состояние дисперсной фазы |
Агрегатное состояние дисперсион-ной среды |
Условное обозначе-ние фаза/среда |
Название системы |
Примеры |
г |
г |
г/г ж/г тв/г |
Аэрозоли |
атмосфера Земли |
ж |
г |
туман, слоистые облака | ||
тв |
г |
дымы, пыли, перистые облака | ||
г |
ж |
г/ж |
Газовые эму-льсии, пены |
газированная вода, мыльная и пивная пены |
ж |
ж |
ж/ж |
Эмульсии |
молоко, масло сливочное, кремы и т.д. |
тв |
ж |
тв/ж |
Лиозоли, суспензии |
лиофобные коллоидные растворы, суспензии, пасты, краски и т.д. |
г |
тв |
г/тв |
Твердые пены |
пемза, пенопласт, активированный уголь, хлеб, пенобетон и т.д. |
ж |
тв |
ж/тв |
Твердые эмульсии |
вода в парафине, минералы с жидкими включениями, пористые тела в жидкости |
тв |
тв |
тв/тв |
Твердые золи |
сталь, чугун, цветные стекла, драгоценные камни |
По межфазному взаимодействию - лиофильные и лиофобные системы (предложено Г. Фрейндлихом). Классификация пригодна только для систем с жидкой дисперсионной средой.
Лиофильные системы – в них дисперсная фаза взаимодействует с дисперсионной средой и при определенных условиях способна в ней растворяться – растворы коллоидных ПАВ, растворы ВМС. Эта группа характеризуется малым значением поверхностного натяжения на границе раздела фаз.
Лиофобные системы – в них дисперсная фаза не способна взаимодействовать с дисперсионной средой и растворяться в ней.
Способы диспергирования заключаются в раздроблении тела до частиц дисперсных размеров.
Дробление осуществляется в шаровых и коллоидных мельницах. Более высокой дисперсности достигают ультразвуковым диспергированием, действие которого связано с кавитацией – образованием и закрытием полостей в жидкости, вызывающих ударные волны и разрушающих материал.
Для получения диспергированием гидрозолей металлов используют метод Бредига – образование вольтовой дуги между электродами из диспергируемого металла, помещенными в воду. Органозоли различных металлов получают более общим способом Сведберга, используя колебательный заряд высокого напряжения.
Физико-химическое дробление (пептизация) представляет собой распад материала на более мелкие агрегаты под влиянием дисперсионной среды с образованием на частицах двойного электрического слоя.
Способы конденсации заключаются в укрупнении частиц, атомов, молекул до частиц дисперсных размеров (химическая реакция с образованием осадка).
Физическая конденсация из паров наблюдается при изменеии параметров системы (температуры, давления и пр.), возникает новая фаза, система становится гетерогенной.
Физическая конденсация методом замены растворителя осуществляется при условии, когда изменение параметров системы вызывает превышение химического потенциала компонента в дисперсионной среде над равновесным химическим потенциалом, что приводит к образованию в системе новой фазы. В отличие от конденсации из паров, в данном методе используется изменение дисперсионной среды. В насыщенный истинный раствор вещества добавляют растворитель, в котором это вещество нерастворимо. Образуется пересыщенный раствор вещества в двух растворителях, где вещество агрегируется с образованием частиц новой дисперсной фазы.
При химической конденсации вещество новой фазы образуется в результате химической реакции. Образование новой фазы протекает в две стадии:
образование зародышей частиц со скоростью v1;
рост зародышей со скоростью v2.
Каждая из стадий включает два процесса:
возникновение центров кристаллизации сз
где – работа образования зародышей;
B– константа;
R – универсальная газовая постоянная;
T – температура, К.
доставка вещества в центр кристаллизации со скоростью u
где Е – энергия активации процесса транспорта;
С – константа.
Общая скорость образования центров конденсации (зародышей) v1
,
где k1– константа.
Линейная скорость роста зародышей v2
,
где L– энергия активации;
C,D– некоторые постоянные;
- межфазное натяжение на границах двумерного зародыша. [1]