Раздел 3. Коллоидная химия

Тема 3.1. Основные понятия физикохимии дисперсных систем

Дисперсные системы. Дисперсная фаза и дисперсионная среда.

Классификация дисперсных систем: по размерам частиц дисперсной фазы, по агрегатному состоянию, по силе межмолекулярного взаимодействия, по структуре, по форме частиц дисперсной фазы.

Общая характеристика суспензий, эмульсий, пен, аэрозолей. Растворы высокомолекулярных соединений.

Особенности коллоидного состояния вещества. Признаки объектов коллоидной химии: гетерогенность, высокая дисперсность и большая удельная поверхность. Специфические особенности высокодисперсных систем.

 

Тема 3.2. Поверхностные явления и адсорбция

Поверхностные явления. Поверхностное натяжение как мера свободной энергии поверхности. Поверхностное натяжение растворов.

Адсорбция на границе раздела водный раствор-воздух. Адсорбент. Гидрофильные и гидрофобные адсорбенты. Адсорбтив. Адсорбция положительно и отрицательно поверхностно-активных веществ. Коллоидные ПАВ.

 

 

Адсорбция растворенных веществ на твердой поверхности. Сорбция газов.

Свободная поверхностная энергия дисперсных систем и их принципиальная термодинамическая неравновесность. Уравнение Гиббса. Уравнение Шишковского. Правило Траубе.

Строение и свойства адсорбционных слоев. Адсорбционное понижение твердости. Применение ПАВ для подавления аномалий вязкости пластовой нефти. Диффузионные свойства ПАВ. Механизм действия ПАВ на структурообразующие компоненты пластовой нефти. Эмпирическое уравнение изотермы адсорбции. Уравнение Ленгмюра. Понятие о капиллярной конденсации. Теория БЭТ. Влияние температуры на адсорбцию. Условия растекания жидкостей.

Смачивание твердого тела жидкостью. Флотация. Когезия и адгезия.

Тема 3.3. Свойства коллоидных систем

Молекулярно-кинетические свойства. Броуновское движение, его тепловая природа. Диффузия. Закон Фика, уравнение Эйнштейна. Кинетическая устойчивость коллоидных систем. Седиментация. Седиментационнное равновесие, уравнение Лапласа. Седиментационный анализ. Определение размеров частиц.

Оптические свойства. Рассеяние и поглощение света в коллоидных системах. Дифракция. Формула Релея, ее анализ. Опалесценция. Флуоресценция.

Электрокинетические явления: электрофорез, электроосмос, потенциал течения, потенциал оседания. Причины возникновения двойного электрического слоя (ДЭС). Модели Гельмгольца-Перрена, Чуи-Чэпмена, Штерна. Электрокинетический потенциал. Скорость электрофоретического переноса (уравнение Гельмгольца-Смолуховского).

Тема 3.4. Устойчивость и коагуляция коллоидов

Агрегативная устойчивость коллоидных систем. Строение коллоидной мицеллы.

Коагуляция. Закономерности коагуляции лиофобных коллоидных систем электролитами. Коагулирующее действие ионов. Порог коагуляции. Правило Шульце-Гарди и лиотропные ряды. Коагуляция смесью электролитов. Кинетика быстрой и медленной коагуляции по Смолуховскому. Зависимость скорости коагуляции от концентрации электролита. Взаимная коагуляция золей.

 

Тема 3.5. Получение коллоидных систем

 

 

Методы и условия получения дисперсных систем. Получение дисперсных систем методами физической и химической конденсации. Получение дисперсных систем дроблением. Пептизация как метод получения золей. Способы пептизации. Правило осадков. Самопроизвольное диспергирование. Ультрафильтрация. Диализ. Электродиализ.

 

 

Тема 3.6. Основы физико-химической механики

Способы описания механических свойств. Основы реологии. Структурирование в дисперсных системах. Реология идеальных тел. Реологические свойства дисперсных систем. Основные реологические параметры. Физико-химические явления в процессах деформации и разрушения твердых тел. Эффект Ребиндера.