Коллоидная химия и поверхностные явления

Министерство образования и науки РФ

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

Воронежский государственный университет

Кафедра физической химии

Реферат

Тема: «Поверхностные явления и коллоидная химия»

Выполнил

Студент 2-го курса 2-й группы

Биолого-почвенного факультета

Ларченков Владимир Михайлович

Проверил: проф. Калужина Светлана Анатольевна

Воронеж, 2010 год

Содержание

Поверхностные явления

Свойства межфазовой границы. Поверхностное натяжение

Адгезия и когезия

Смачвание

Адсорбция

Адсорбция на однородной плоской поверхности раздела фаз – в поверхностном слое жидкостей

Поверхностно-активные вещества. Правило Дюкло-Траубе

Адсорбция на твёрдой поверхности

Мономолекулярная адсорбция на твёрдой поверхности. Уравнение изотермы Ленгмюра

Полимолекулярная адсорбция. Уравнение БЭТ

Уравнение изотермы адсорбции Фрейндлиха

Вид изотерм адсорбции по классификации БДДТ

Ионная адсорбция. Иониты. Двойной электрический слой

Хроматография

Коллоидная химия. Дисперсные системы

Лиофильные и лиофобные золи. Получение лиофобных золей

Мицеллярная теория коллоидов

Устойчивость и коагуляция лиофобных золей

Седиментация. Коэффициент Сведберга

Оптические свойства коллоидов

Молекулярно-кинетические свойства коллоидов. Броуновское движение

Поверхностные явления

Фаза – это часть гетерогенной системы, однородная по химическому составу и физическим свойствам и ограниченная от остальной системы границей раздела. Явления, происходящие на границе раздела двух фаз, называются поверхностными явлениями.

Свойства межфазовой границы. Поверхностное натяжение

На границе раздела фаз каждая из граничащих фаз имеет избыток потенциальной энергии, который называется поверхностная энергия. Стремление вещества уменьшить поверхностную энергию – поверхностное натяжение у. Существует оно потому, что состояние молекулы внутри фазы и на её границе различно:

1.    Внутри фазы молекула окружена другими такими же молекулами. Силовые поля этих молекул полностью компенсированы друг другом, молекулы связаны между собой одинаково

2.    На границе раздела фаз молекулы рассматриваемой фазы одновременно взаимодействуют с молекулами как своей, так и другой фазы, причём характер взаимодействия между молекулами разных фаз другой, нежели между молекулами одной фазы. Это приводит к тому, что молекулы рассматриваемой фазы «выталкиваются» из своей фазы в другую или сильнее притягиваются к молекулам другой фазы, чем к «своим» молекулам

3.    Поверхностное натяжение – это величина свободной энергии Гиббса на единицу поверхности вещества. Стремление вещества уменьшить эту величину приводит к самопроизвольному сокращению границы раздела фаз. Примеры: круглая форма капли жидкости при отсутствии воздействий со стороны (в невесомости, при достаточно малом объёме жидкости (поверхностное натяжение сильнее силы тяжести)), коагуляция, коалесценция и др.

4.         Если площадь поверхности равна Щ, то при Р, Т=const

у = (dG/dЩ)_P,T,nj(1)

Щ = Щ_удV (2),

где Щ_уд – удельная поверхность фазы. Для сферических частиц

Щ_уд = 6/d (3),

d – диаметр частиц

5.    Экспериментально можно определить лишь величину поверхностного натяжения. Существуют статические и полустатические (метод отрыва кольца) методы

Адгезия и когезия

1.    Адгезия – это сцепление друг с другом поверхностей разнородных тел. Когезия – это сцепление друг с другом поверхностей одного тела. Обусловлены данные явления межмолекулярными взаимодействиями

2.    Работа когезии W_c– это работа, затрачиваемая на преодоление сил сцепления между молекулами однородной жидкости и приводящая к возникновению двух новых поверхностей раздела фаз газ-жидкость. W_c = 2у. Работа адгезии W_а – это работа, затрачиваемая на преодоление сил сцепления между молекулами двух разных жидкостей на площади контакта 1 м². Для жидкостей А и В:

W_а = у_А + у_В - у_АВ (4)

3.    Растекание жидкости А по поверхности жидкости В возможно в тех случаях, когда энергия взаимодействия молекул жидкости А друг с другом меньше энергии взаимодействия молекул жидкости А с молекулами жидкости В. Высокая работа адгезии наблюдается у клеев, по адгезионным свойствам различаются нормальные и раковые клетки

Смачивание

1.    Смачивание – это явление на границе раздела жидкой и твёрдой фаз, заключающееся в растекании жидкости по поверхности твёрдого тела, пропитывании пористых тел и порошков с образованием мениска за счёт взаимодействий молекул жидкой и твёрдой фаз

2.    Если поверхностное натяжение на границе газ-жидкость равна у_ж-г, поверхностная энергия на границе твёрдое вещество-жидкость у_тв-г, поверхностная энергия твёрдой поверхности у_тв, то существует такой угол и, что

у_тв- у_тв-г+ у_ж-гcosи=0 (5)

Это – краевой угол смачивания (угол между направлением силы поверхностного натяжения на границе газ-жидкость и твёрдой поверхностью)