Коллоидная химия: Учебно-методическое пособие

М И Н И СТ Е РСТ В О О БРА ЗО В А Н И Я РО ССИ Й СК О Й Ф Е Д Е РА Ц И И В О РО Н Е Ж СК И Й ГО СУ Д А РСТ В Е Н Н Ы Й У Н И В Е РСИ Т Е Т

К О ЛЛО И Д Н А Я ХИ М И Я учебн о -мето дическо е по со бие длястуден то в3 к. д/о по специальн о сти 011000 « Химия»

В О РО Н Е Ж 2003

2

У твер ж ден о н аучн о -мето дическим со вето м х имическо го ф акультета 8 ян вар я2003 го да, пр о то ко л № 1

Со ставители: В ер еж н ико вВ .Н ., П о яр ко ваТ .Н .

У чебн о -методическо е по со бие по дго то влен о н акаф едр е В М СК х имическо го ф акультетаВ о р о н еж ско го го судар ствен н о го ун ивер ситета. Реко мен дуетсядлястуден то в3 кур садн евн о го о тделен иях имическо го ф акультета.

3

В дан н о м по со бии пр едставлен ы учебн о -методические матер иалы , н ео бх о димы е для изучен ия кур са ко лло идн о й х имии студен тами 3 кур са х имическо го ф акультета: р або чая пр о гр амма лекцио н н о го кур са, план лабо р атор н ы х р або т, пр о гр аммы семин ар ских зан ятий . П о теме каж до го семин ар ско го зан ятия пр иведен пер ечен ь ко н тр о льн ы х во пр о со в, упр аж н ен ий и задач, ко то р ы е мо гутбы ть испо льзо ван ы для пр о веден ия зачетн ы х ко н тр о льн ы х р або т. Д ан ы ссы лки н а учебн ики и учебн о -мето дические по со бияпо кур су ко лло идн о й х имии.

4

К о лло ид на я хим ия Со вр емен н аяко лло идн аях имия, являю щ аясяпо сво ему со дер ж ан ию ф изико -х имией диспер сн ы х систем и по вер х н о стн ы х явлен ий , н ах о дится н асты ке кр упн ы х р аздело вестество зн ан ия(ф изики, х имии, био ло гии, по чво веден ия, гео ло гии и др .). В месте с тем о н аявляетсян аучн о й о сн о во й мн о гих тех н о ло гических пр о цессо ввр азличн ы х о тр аслях н ар о дн о го х о зяй ства. П р и всем р азн о о бр азии диспер сн ы е системы о бъ един яю тся чр езвы чай н ы м р азвитием меж ф азн ы х по вер х н о стей р аздела. В следствие это го актуальн ы е пр о блемы ко лло идн о й х имии тесн о связан ы с учен ием о по вер х н о стн ы х явлен иях , ко то р ы ми о пр еделяю тся зако н о мер н о сти о бр азо ван ия, усто й чиво сти и р азр уш ен ия диспер сн ы х систем. К о личествен н ы е измен ен ия диспер сн о сти, пр о исх о дящ ие в пр о цессе др о блен ия вещ ества, о буславливаю ткачествен н о е сво ео бр азие ко лло идн о го со сто ян ия, связан н о е с со во купн о стью ф изико -х имических сво й ств сильн о р азвиты х по вер х н о стей р аздела. В по следн ие десятилетия ко лло идн ая х имия пр евр атилась в стр о го ко личествен н ую н ауку и ш ир о ко испо льзуетматематические мето ды пр и о бо сн о ван ии и р азвитии тео р етических ко н цепций .Разр або тан ы ф ун дамен тальн ы е тео р ии ко лло идн ы х пр о цессо в и явлен ий – ф изическая тео р ия усто й чиво сти и ко агуляции ко лло идо в, тео р ия диф ф узн о го дво й н о го электр ическо го сло я, тер мо дин амические и мо лекуляр н о -кин етические тео р ии по вер х н о стн ы х явлен ий и адсо р бции, тео р етические пр едставлен ия о р ео ло гических сво й ствах диспер сн ы х систем и др . И з сказан н о го следует, что ко лло идн ая х имия до лж н а бы ть н ео бх о димо й со ставн о й частью по дго то вки специалисто в-х имико в ун ивер ситетско го пр о ф иля. Ц ель дан н о го кур са – дать пр едставлен ие о тео р етических и экспер имен тальн ы х о сн о вах ко лло идн о й х имии, о тмечая меж дисциплин ар н ы й х ар актер это й н ауки, син тезир ую щ ей зн ан ияиз смеж н ы х р аздело в х имии, ф изики, био ло гии и др угих естествен н ы х н аук. П р о гр а м м а лекцио нно го кур са (36 ча с) 1. В ведение – 2 ча са П р едметн ауки о ко лло идах . К о лло идн ая х имия – н аука о диспер сн о м со сто ян ии вещ ества и по вер х н о стн ы х явлен иях в диспер сн ы х системах . К о лло идн ая степен ь диспер сн о сти – качествен н о сво ео бр азн ая пр о меж уто чн аяступен ь пр о цессадр о блен иявещ ества. П ар аметр ы , х ар актер изую щ ие степен ь р аздр о блен н о сти, связь меж ду н ими. Зн ачен ие диспер сн ы х микр о гетер о ген н ы х систем в пр ир о де, тех н ике, н ар о дн о м х о зяй стве. П р имер ы и классиф икация диспер сн ы х систем. Лио ф о бн ы е и лио ф ильн ы е ко лло иды . Ро ль по вер х н о стн ы х явлен ий в диспер сн ы х системах . К о лло идн ая х имия как н аучн ая о сн о ва упр авлен ия тех н о ло гическими пр о цессами,

5

связан н ы ми с по лучен ием, пер ер або тко й и пр имен ен ием диспер сн ы х вещ еств и матер иало в. К р аткие сведен ия о б исто р ии во зн икн о вен ияи р азвитияко лло идн о й х имии. А .В . Д уман ский – о дин из вы даю щ их сядеятелей и о сн о во по ло ж н ико вн ауки о ко лло идах . 2. П о вер хно стны е я вления и а дсо р бция – 8 ча со в Гр ан ица р аздела ф аз и ее сило во е по ле. О сн о вы тер мо дин амики по вер х н о стн ы х явлен ий . Рабо та о бр азо ван ия н о во й по вер х н о сти. Сво бо дн ая по вер х н о стн ая эн ер гия. П о вер х н о стн ая эн ер гия как х ар актер истика сило во го по ля по вер х н о сти. Связь величин ы по вер х н о стн о го н атяж ен ия с р азн о стью по ляр н о стей со пр икасаю щ их ся ф аз, зависимо сть о ттемпер атур ы . М ето ды измер ен ияпо вер х н о стн о го н атяж ен ия. К апилляр н о е давлен ие и его ко личествен н ая х ар актер истика. Зависимо сть капилляр н о го давлен ияо ткр ивизн ы по вер х н о сти и по вер х н о стн о го н атяж ен ия. У р авн ен ия Лапласа. К апилляр н о е по дн ятие. Зависимо сть х имическо го по тен циала и давлен ия н асы щ ен н о го пар а о ткр ивизн ы по вер х н о сти. У р авн ен ие Т о мсо н а(К ельвин а). К апилляр н ая ко н ден сация. Я влен ияизо тер мическо й пер его н ки. В лиян ие диспер сн о сти н ар аство р имо сть твер ды х тел, р еакцио н н ую спо со бн о сть. Смачиван ие. Т ер мо дин амическая х ар актер истика смачиван ия твер ды х тел ж идко стями. У сло вие н аступлен ия р авн о весия пр и смачиван ии. У р авн ен ие Ю н га. Рабо та ко гезии и адгезии ж идко сти к твер до му телу, связь со смачиван ием. У р авн ен ие Д ю пр е-Ю н га. И збир ательн о е смачиван ие. Гидр о ф ильн ы е и гидр о ф о бн ы е тела. Т епло во й эф ф ект смачиван ия. Д иф ф ер ен циальн ая и ин тегр альн ая тепло та смачиван ия. Регулир о ван ие смачиван ия. Ф ло тация. А дсо р бция как само пр о изво льн о е н ако плен ие н а гр ан ице р аздела ф аз вещ еств, сн иж аю щ их по вер х н о стн о е н атяж ен ие. А дсо р бция диф ильн ы х вещ еств из р аство р о в. П о вер х н о стн о -активн ы е и ин активн ы е вещ ества. М о лекуляр н о е стр о ен ие и сво й ства по вер х н о стн о -активн ы х вещ еств (П А В ). М о лекуляр н ы й мех ан изм сн иж ен ия по вер х н о стн о го н атяж ен ия р аство р о в пр и адсо р бции П А В . И зо тер мы по вер х н о стн о го н атяж ен ия во дн ы х р аство р о в в го мо ло гическо м р яду П А В . К о личествен н ая мер а по вер х н о стн о й активн о сти. П р авило Д ю кло -Т р аубе. Э мпир ическо е ур авн ен ие Ш иш ко вско го . К о личествен н о е о писан ие адсо р бции П А В н а гр ан ице р аздела р аство р -газ (пар ). Т ер мо дин амический и мо лекуляр н о - кин етический по дх о д. А дсо р бцио н н о е ур авн ен ие Гиббса. У р авн ен ие мо н о мо лекуляр н о й адсо р бции Лен гмю р а. О бо бщ ен ие ур авн ен ий Гиббса и Лен гмю р а. У р авн ен ие Ш иш ко вско го . П о сто ян ство пр едельн о й адсо р бции вго мо ло гическо м р яду П А В . Стр уктур а адсо р бцио н н ы х сло ев П А В . У р авн ен ие идеальн о го двумер н о го газа. М о лекуляр н ы е х ар актер истики П А В в н асы щ ен н ы х адсо р бцио н н ы х сло ях . Э лемен тар н ы е сведен ия о б адсо р бции из газо вы х и ж идких ср ед н а

6

твер ды х по вер х н о стях . Т епло та адсо р бции. У р авн ен ие по лимо лекуляр н о й адсо р бции БЭ Т . 3. Электр ические сво йства диспер сны х систем – 6 ча со в Зар яд ко лло идн ы х частиц, пр ичин ы его во зн икн о вен ия. Э лектр о кин етические явлен ия: электр о ф о р ез, электр о о смо с, по тен циалы пр о текан ия и седимен тации. Д во й н о й электр ический сло й н а гр ан ице р аздела ф аз. Т ео р ия пло ско го дво й н о го электр ическо го сло я по Гельмго льцу-П ер р ен у. Э лектр о кин етический по тен циал. У р авн ен ие электр о ф о р еза. Т ео р ия диф ф узн о го дво й н о го электр ическо го сло я по ГУ И и Ч епмен у. Д иф ф ер ен циальн о е и ин тегр альн о е ур авн ен ия дво й н о го электр ическо го сло я. Ч астн ы е случаи для слабо и сильн о зар яж ен н ы х систем. Э ф ф ективн ая то лщ ин а диф ф узн о го дво й н о го электр ическо го сло я, ее зависимо сть о тио н н о й силы ср еды . Т ео р ия Ш тер н а. У четадсо р бцио н н ы х сил и со бствен н о го р азмер а пр о тиво ио н о в. П ер езар ядка зо лей . В лиян ие электр о лито в н а электр о кин етический по тен циал. В лиян ие пр ир о ды пр о тиво ио н о в (р азмер , гидр атация, по ляр изуемо сть) н аих спо со бн о сть сж имать дво й н о й электр ический сло й . Стр о ен ие ко лло идн ы х мицелл. У р авн ен ие электр о о смо са. У четпо вер х н о стн о й пр о во димо сти, по н ятие о свер х пр о во димо сти. П о тен циал течен ия. П о тен циал седимен тации. П р актическо е пр ило ж ен ие электр о кин етических явлен ий : о суш ен ие гр ун то в, электр о ф о р етическо е о саж ден ие, р азделен ие белко вы х смесей , бо р ьба с искр о вы ми р азр ядами пр и пер екачке то пливи масел. 4. О бр а зо ва ние и усто йчиво стьдиспер сны х систем – 8 ча со в 4.1. Л ио ф о бны е тер м о дина м ически неусто йчивы е систем ы К о н ден сацио н н ы е и диспер гацио н н ы е мето ды по лучен ия диспер сн ы х систем. А гр егативн ая и седимен тацио н н ая (кин етическая) усто й чиво сть по П еско ву. Ф акто р ы агр егативн о й усто й чиво сти лио ф о бн ы х зо лей . Зако н о мер н о сти ко агуляции лио ф о бн ы х зо лей электр о литами. М ето ды исследо ван ия ко агуляции. П о р о г ко агуляции. П р авило Ш ульцеГар ди. Т ео р иякин етики ко агуляции Смо лух о вско го . М едлен н аяи бы стр ая ко агуляция. П о р о ги бы стро й ко агуляции. О сн о вы со вр емен н о й ф изическо й тео р ии усто й чиво сти и ко агуляции лио ф о бн ы х ко лло идо в Д ер ягин а, Лан дау, Ф ер вея, О вер бека(Д ЛФ О ). Э кспер имен тальн ы е о сн о ван иятео р ии. Д альн о дей ствую щ ие по вер х н о стн ы е силы о тталкиван ия и пр итяж ен ия. П о н ятие о р асклин иваю щ ем давлен ии. Т ео р ия дальн о дей ствую щ их сил электр о статическо го и ван дер ваальсо ва пр итяж ен ия. А н ализ суммар н о й кр иво й эн ер гии взаимо дей ствия частиц. У сло вия н аступлен ия бы стр о й ко агуляции. Ф изический смы сл эмпир ическо го пр авилаШ ульце-Гар ди. Н еэлектр о статические ф акто р ы агр егативн о й усто й чиво сти лио ф о бн ы х ко лло идн ы х систем. Сво й ства гр ан ичн ы х по лимо лекуляр н ы х гидр ат-

7

н ы х пр о сло ек и их стабилизир ую щ ее дей ствие в ко лло идн ы х системах ; стр уктур н ы е силы о тталкиван ия.Стр уктур н о -мех ан ический бар ьер по Ребин дер у. Э мульсии и пен ы . М ето ды по лучен ия, стр о ен ие, сво й ства. О бр ащ ен ие ф аз в эмульсиях . Ф акто р ы вр емен н о й стабилизации пен и эмульсий . Т ех н ическо е пр имен ен ие. Латексы как лио ф о бн ы е ко лло идн ы е диспер сии по лимер о в. И х по лучен ие, сво й ства, усто й чиво сть. Зн ачен ие латексо ввн ар о дн о м х о зяй стве. А эр о зо ли (пр ир о дн ы е и тех н ические – ды мы и туман ы ). У сло вияо бр азо ван ия и р азр уш ен ия. Э ко ло гические и н ар о дн о -х о зяй ствен н ы е пр о блемы , связан н ы е с о бр азо ван ием аэр о зо лей . 4.2. Л ио ф ильны е тер м о дина м ически усто йчивы е ко лло идны е К о лло идн ы е по вер х н о стн о -активн ы е вещ ества; о бъ емн ы е сво й ства их р аство р о в. М ицелло о бр азо ван ие в р аство р ах П А В . П о н ятие о гидр о ф ильн о -липо ф ильн о м балан се мо лекул П А В . К р итическая ко н цен тр ация мицелло о бр азо ван ия, мето ды ее о пр еделен ия. Т о чкаК р аф та. Со лю билизация(ко лло идн о е р аство р ен ие вмицеллах П А В ); тех н ическо е зн ачен ие это го явлен ия. Э мульсио н н ая по лимер изация. П А В как эмульгато р ы , пен о о бр азо ватели. М о ю щ ее дей ствие П А В . 5. Физико -хим ические сво йства диспер сны х систем – 6 ча со в 5.1. Рео ло гические и стр уктур но -м еха нические сво йства В язко сть ж идко стей . Зако н вязко го течен ия ж идко стей Н ью то н а. У р авн ен ие П уазей ля. К р ивы е течен ия н ью то н о вских ж идко стей . М ето ды измер ен ия вязко сти. В язко сть зо лей ; влиян ие ко н цен тр ации диспер сн о й ф азы . У р авн ен ие Э н ш тей н а. А н о малии вязко сти. К р ивая течен ия слабо стр уктур ир о ван н о й ж идко сти. П р ичин ы о ткло н ен ия о тн ью то н о вско го течен ия. К р иваятечен иявязко -пластическо го тела. П о лзучесть; пр едел текучести, пластическаявязко сть. У р авн ен ие Бин гама. П р о стр ан ствен н о е стр уктур о о бр азо ван ие в диспер сн ы х системах . П р ир о да ко н такто в меж ду элемен тами стр уктур ы . П р о чн о сть диспер сн ы х стр уктур . Я влен ие тиксо тр о пии, его пр актическо е зн ачен ие. О сн о вы ф изико -х имическо й мех ан ики по Ребин дер у. У пр авлен ие стр уктур о й и р ео ло гическими сво й ствами диспер сн ы х матер иало в в пр о цессе их пер ер або тки и эксплуатации. 5.2. О птические сво йства Рассеян ие света в ко лло идн ы х системах . Зако н Релея и усло вия его пр имен имо сти. Ф иктивн о е и истин н о е по гло щ ен ие света в ко лло идн ы х системах . У р авн ен ие Бугер а-Ламбер та-Бер а в пр ило ж ен ии к белы м зо лям. М утн о сть; ее связь с ин тен сивн о стью р ассеян н о го света и с о птическо й пло тн о стью . П р имен ен ие н еф ело - и тур бо метр ии для о пр еделен ия р азмер о в ко лло идн ы х частиц. У льтр амикр о ско пия и электр о н н ая микр о ско пия; их пр имен ен ие дляизучен ияко лло идн ы х систем.

8

5.3. М о лекуля р но -кинетические сво йства . Д иф ф узия в ко лло идн ы х системах . У р авн ен ие Э й н ш тей н а; связь меж ду ко эф ф ициен том диф ф узии и р азмер о м частиц. Бр о ун о вско е движ ен ие. М о лекуляр н о -кин етическая тео р ия бр о ун о вско го движ ен ия по Э й н ш тей н у-Смо лух о вско му. Связь меж ду бр о ун о вским движ ен ием и диф ф узией . Связь меж ду ср едн еквадр атичн ы м сдвиго м и ко эф ф ициен то м диф ф узии. Н аучн о -ф ило со ф ско е зн ачен ие исследо ван ий мо лекуляр н о кин етических сво й ствко лло идн ы х систем вн ачале ХХ века. Седимен тацио н н о - диф ф узио н н о е р авн о весие в ко лло идн ы х системах . Гипсо метрический зако н в пр ило ж ен ии к ко лло идн ы м системам. Седимен тация. Седимен то метр ический ан ализ гр убо диспер сн ы х систем. И н тегр альн ая и диф ф ер ен циальн ая ф ун кции р аспр еделен ия частицпо р азмер ам.

Л итер а тур а 1. 2. 3. 4. 4. 5.

1. 2. 3.

4.

5.

О сн о вн ая А .Д . Зимо н К о лло идн аях имия/ А .Д . Зимо н М : А гар , 2001.-с.317 А .Д . Зимо н К о лло идн аях имия/ А .Д . Зимо н , Н .Ф Лещ ен ко М .: Химия, 1995.-с.334 Н .Н . М уш камбар о в Ф изическая и ко лло идн ая х имия / Н .Н . М уш камбар о вМ .: ГЭ О Т А Р-М Е Д , 2001.-с.378 П р актикум по ф изическо й и ко лло идн о й х имии: У чеб. по со бие. / Е .В . Бугр еева, К .И . Е встр ато ва, Н .А . К упин а М .: В ы сш .ш к., 1990.-c.254 Ю .Г Ф р о ло в К ур с ко лло идн о й х имии/ Ю .Г Ф р о ло в М .: Химия, 1989.с.400 Д .А . Ф р идр их сбер г К ур с ко лло идн о й х имии / Д .А . Ф р идр их сбер г Л.: Химия, 1984.-c.368 Д о по лн ительн ая К о лло идн аях имия/ Е .Д . Щ укин , А .В П ер цо в, Е .А . А мелин а М .: И здво М о ск. ун -та, 1992.-с.352 А .Д . Зимо н Зан имательн ая ко лло идн ая х имия: сво ео бр азн ы й мир частиц/ А .Д . Зимо н М .: Радэко н , 2000.-с.191 М ето дические указан ия к пр актикуму по ко лло идн о й х имии (вы пуск 2) для студен то в 11 кур са дн евн о го о тделен ия био ло го -по чвен н о го ф акультета./Со ст. Т .Н .П о яр ко ва, В .А .К узн ецо в, В .Н .В ер еж н ико в, В о р о н еж , 1999 (№ 491) М ето дические указан ия к пр актикуму по ко лло идн о й х имии для студен то в 2 кур са дн евн о го о тделен ия био ло го -по чвен н о го ф акультета. / Со ст.Т .Н .П о яр ко ва, В .А .К узн ецо в, В .Н .В ер еж н ико в.В о р о н еж ,1997 (№ 568) К о лло идн ая х имия . М ето дические указан ия к пр актикуму для студен то в 111 кур са дн евн о го о тделен ия х имическо го ф акультета. / В .Н .В ер еж н ико вТ .Н .П о яр ко ва.В о р о н еж ,1999 (№ 665)

9

С о дер жа ние ла бо р а то р ны х за ня тий В ид зан ятий 1. В ы по лн ен ие экспер имен тальн ы х р або т 2. Семин ар ские зан ятия 3. К о н тр о льн ы е задан ияпо тематике семин ар ских зан ятий : а) ко н тр о льн аяр або та б) р еш ен ие задач В ар иан ты ито га

Ф о р ма о тчетн о сти О ф о р млен ие и защ итар або ты Зачет О цен ка

а) « Зачет» с замен о й экзамен ан асо беседо ван ие б) « Зачет» в) « Н езачет»

П р о гр а м м а ла бо р а то р но го пр а ктикум а Рабо та№ 1. М о лекуляр н аяадсо р бциян апо вер х н о сти р азделар аство р -во здух . Расчетмо лекуляр н ы х х ар актер истик адсо р бцио н н о го сло я (6 час). Рабо та№ 2. О пр еделен ие электр о кин етическо го по тен циалазо лямето до м электр о ф о р еза(6 час). Рабо та№ 3. О пр еделен ие по р о габы стро й ко агуляции латекса(6 час). Рабо та№ 4. О пр еделен ие р азмер ачастицмето до м свето р ассеян ия (6 час). Семин ар ские зан ятия................ 8 час Реш ен ие задач .............. ............. 4 час И то го 36 час Руко во дствак лабо р ато р н ы м р або там 1. Лабо р ато р н ы е р або ты и задачи по ко лло идн о й х имии / П о д р ед. Ю .Г. Ф р о ло ва, А .С. Гр о дско го . М .: Химия, 1986. 2. П р актикум по ко лло идн о й х имии и электр о н н о й микр о ско пии / П о д р ед. С.С. В о ю цко го , Р.М . П ан ич. М .: Химия, 1974. 3. К о лло идн ая х имия. М ето дические указан ия к пр актикуму ( для студен то в3 кур сад/о х имическо го ф акультета). В о р о н еж , 1999. № 665.

10

П р о гр а м м а сем ина р а по тем е № 1 «П о вер хно стны е я вления » 1. П о вер х н о стн ы й (пер ех о дн ы й ) меж ф азн ы й сло й . П о вер х н о стн ы е избы тки тер мо дин амических ф ун кций . 2. П о вер х н о стн о е н атяж ен ие (1) как р або тао бр азо ван ияпо вер х н о сти; (2) как сила, со кр ащ аю щ аяпо вер х н о сть . О пы тД ю пр е. 3. В лиян ие темпер атур ы н апо вер х н о стн о е н атяж ен ие ж идко стей , А н ализ ур авн ен ияГиббса-Гельмго льцавпр ило ж ен ии к по вер х н о стн о му сло ю . 4. Зависимо сть по вер х н о стн о го н атяж ен ияо тпр ир о ды (по ляр н о сти) ф аз. П р авило А н то н о ва. 5. К апилляр н о е давлен ие. У р авн ен ие Лапласа-Ю н га. 6. К апилляр н о е по дн ятие (о пускан ие) ж идко стей . Ф о р мулаЖ ю р ен а. 7. В лиян ие кр ивизн ы по вер х н о сти н ах имический по тен циал и давлен ие н асы щ ен н о го пар а. У р авн ен ие Т о мсо н а(К ельвин а). 8. Ро ль кр ивизн ы по вер х н о сти (диспер сн о сти) вявлен иях : капилляр н аяко н ден сация, о бр азо ван ие зар о ды ш ей н о во й ф азы , изо тер мическаяпер его н каж идко стей , р екр исталлизацияо садко в. 9. Равн о весн аяф о р макр исталло в: пр ин цип Гиббса-К ю р и, зако н В ульф а

1. 2. 3. 4.

Литер атур а Ф р о ло в Ю .Г. К ур с ко лло идн о й х имии. (П о вер х н о стн ы е явлен ия и диспер сн ы е системы ). М .:Химия. 1989. Гл.1,11. Ф р идр их сбер г Д .А . К ур с ко лло идн о й х имии. Л.:Химия. 1984. Гл.1,У . Щ укин Е .Д . и др . К о лло идн аях имия.И зд-во М ГУ . 1982. Гл.1. Н ей ман Р.Э . Д иалектика н ауки о ко лло идах . В о р о н еж : И зд-во В ГУ . 1989. Гл.1. К о нтр о льны е во пр о сы , упр а жнения и за дачи по тем е № 1 «П о вер хно стны е я вления »

1. Ч то со ставляетпр едметко лло идн о й х имии и како вы пр изн аки ее о бъ екто в? 2. К акими величин ами х ар актер изую т р аздр о блен н о сть (диспер сн о сть) и како васвязь меж ду н ими? 3. К ако вы гр ан ицы диспер сн о сти, о твечаю щ ие ко лло идн о му со сто ян ию вещ ества? У каж ите пр изн аки, сближ аю щ ие ко лло идн ы е системы с мо лекуляр н о -диспер сн ы ми (го мо ген н ы ми) и, с др уго й сто р о н ы , с макр о гетер о ген н ы ми системами, и пр изн аки, о тличаю щ ие их о тэтих систем. 4. П р иведите классиф икацию диспер сн ы х систем по р азличн ы м пр и-

11

зн акам. П р имер ы диспер сн ы х систем. 5. В ы р азите σ чер ез измен ен ие (1) эн тальпии и (2) эн тр о пии пр и измен ен ии пло щ ади по вер х н о сти. 6. В ы р азите σ чер ез измен ен ие (1) эн ер гии Гельмго льца и (2) эн ер гии Гиббсапр и измен ен ии пло щ ади по вер х н о сти. 7. Д ай те о пр еделен ие по вер х н о стн о го н атяж ен иякак эн ер гетическо й и сило во й х ар актер истики меж ф азн о й по вер х н о сти. В каких един ицах о н о измер яется? 8. П о каж ите, что сило ваяи эн ер гетическаятр акто вки по вер х н о стн о го н атяж ен ияматематически эквивален тн ы . 9. Сво бо дн ая двусто р о н н яя ж идкая плен ка о гр ан ичен а бар ьер о м А В , спо со бн ы м пер емещ аться без тр ен ия. Ч то бы пр едо твр атить само пр о изво льн о е со кр ащ ен ие по вер х н о сти, к бар ьер у А В до лж н абы ть пр ило ж ен асилаF. а) П о чему пр о исх о дитсо кр ащ ен ие плен ки в о тсутствие силы F? б) Е сли пло щ адь по вер х н о сти плен ки увеличить путем пер емещ ен иябар ьер авпо ло ж ен ии А 1В 1,то како е со о тн о ш ен ие спр аведливо и по чему: (1) F1>F; (2) F1=F; (3) F1 r2, r1< r2 или r1= r2), ко гдасистемапр идетвр авн о весие ? 28. О бъ ясн ите пр ичин у по дн ятияж идко сти вто н ко м капилляр е о тн о сительн о ур о вн ясо о бщ аю щ ей сяс н ей ж идко сти с пло ско й по вер х н о стью . 29. Д вастеклян н ы х капилляр ар адиусаr1 и r2 ( r1 < r2 ) частичн о по гр уж ен ы вво ду. В ы со такапилляр н о го по дн ятияр авн асо о тветствен н о h1 и h2. К ако е со о тн о ш ен ие спр аведливо и по чему : (1) h1 < h2; (2) h1 > h2; (3) h1 = h2 ? 30. О дин стеклян н ы й капилляр по гр уж ен вво ду (σВ =72,5 мН /м), др уго й – в бен зо л (σБ =28,9 мН /м). К аким до лж ен бы ть р адиус пер во го и вто р о го капилляр а, чтобы вы со такапилляр н о го по дн ятиябы лао дин ако ва? 31. В ы ведите вы р аж ен ие, х ар актер изую щ ее измен ен ие х имическо го по тен циалаф азы взависимо сти о ткр ивизн ы по вер х н о сти. К ако вф изический смы сл величин ы ∆µ вэто м вы р аж ен ии ? 32. В ы ведите ур авн ен ие Т о мсо н а(К ельвин а) длякапель ж идко сти р адиусаr, исх о дяиз то го , что ж идко сть вкапле имеетх имический по тен циал бо льш ий чем вмакр о ф азе, н авеличин у ∆µ=2σV / r. (1) В како м случае ур авн ен ие Т о мсо н а(К ельвин а) испо льзуетсясо зн ако м мин ус вэкспо н ен те и како й это имеетф изический смы сл ? (2) П о чему это ур авн ен ие н азы ваю ттакж е ур авн ен ием капилляр н о й ко н ден сации ? 33. Ж идко сть по кр ы ваетстен ки капилляр а, о бр азуя цилин др ический мен иск с диаметр о м d. Н апиш ите: (1) ф о р мулу, по ко то р о й мо ж н о р ассчитать капилляр н о е давлен ие (о н о в дан н о м случае по ло ж ительн о или о тd р ицательн о ?); (2) ур авн ен ие, по ко тор о му мо ж н о р ассчитать давлен ие н асы щ ен н о го пар а н ад этим мен иско м. О н о бо льш е или мен ьш е, чем давлен ие н асы щ ен н о го пар ан ад сф ер ическим мен иско м пр и то м ж е d? 34. Ж идко сть н ах о дится(1) втон ко м смачиваемо м капилляр е р адиуса r; (2) вкапле р адиусаr; (3) вмакр о ф азе с пло ско й по вер х н о стью (r=∞). Распо ло ж ите эти системы впо р ядке во зр астан иядавлен иян асы щ ен н о го пар а. В како м случае ж идко сть имеетн аимен ьш ий х имический по тен циал? 35. В атмо сф ер е во дян о го пар ан ах о дитсяквар цеваякю ветас пло скими стен ками и то н кий квар цевы й капилляр . П р и по вы ш ен ии давлен ияпар а ко н ден сациян ачин ается (1) о дн о вр емен н о н астен ках кю веты и капилляр а; (2) вн ачале вкю вете (пр и мен ьш ем зн ачен ии р s );

14

(3) вн ачале вкапилляр е ? Д ай те о бо сн о ван н ы й о твет. 36. Разъ ясн ите смы сл по н ятия “капилляр н ая ко н ден сация”. Рассмо тр ите явлен ие капилляр н о го гистер езиса. 37. В како м н апр авлен ии идетмассо пер ен о с 1 2 1→2 или 2→1? К ак н азы ваетсяэто явлен ие? В чем его пр ичин а? 38. Ч то вы р аж аетур авн ен ие −∆T = T

2σ Vm r ∆H ф п

К акие величин ы вн его вх о дят? 39. Сф о р мулир уй те усло вие р авн о весн о й ф о р мы кр исталло в (зако н В ульф а). 40. Н а р исун ке сх ематически изо бр аж ен ф р агмен т кр исталла. В како м по р ядке р аспо лагаю тcя гр ан и дан н о го кр исталлапо величин е по вер х н о стн о го н атяж ен ия: (1) a>b>c; (2) b>a>c; (3) c>b>a; (4) b>c>a ?

За дачи: № № 6, 8, 9, 12-17, 19, 20, 23, 26, 27, 32 (Лабо р ато р н ы е р або ты и задачи по ко лло идн о й х имии / П о д р ед. Ю .Г.Ф р о ло ваи А .С.Гр о дско го .-М ., 1986. С. 33-35). П р о гр а м м а сем ина р а по тем е № 2 «Адсо р бция . С м а чива ние» 1. А дсо р бция, о бщ аях ар актер истика. Ф изическаяи х имическаяадсо р бция. А дсо р бцио н н ы й по тен циал. Зако н Ген р и. 2. Связь адсо р бции из р аство р о вс по вер х н о стн ы м н атяж ен ием. П о вер х н о стн о -активн ы е и по вер х н о стн о -ин активн ы е вещ ества. 3. В ы во д ур авн ен ияадсо р бции Гиббса. П о вер х н о стн аяактивн о сть. П р авило Д ю кло -Т р аубе. 4. Т ео р иямо н о мо лекуляр н о й адсо р бции Лен гмю р а. В ы во д ур авн ен ия Лен гмю р а; его частн ы е случаи. О пр еделен ие по сто ян н ы х ур авн ен ияЛен гмю р а, их ф изический смы сл. 5. О бо бщ ен ие ур авн ен ий Гиббсаи Лен гмю р а. У р авн ен ие изо тер мы

15

по вер х н о стн о го н атяж ен ия. У р авн ен ие Ш иш ко вско го , о пр еделен ие его по сто ян н ы х . 6. П о н ятие о по лимо лекуляр н о й адсо р бции . У р авн ен ие БЭ Т . 7. Смачиван ие. У р авн ен ие Ю н га, вы во ды из н его . И збир ательн о е смачиван ие; гидр о ф идьн ы е и гидр о ф о бн ы е тела. Связь смачиван ияс адгезией , ко гезией . У р авн ен ие Д ю пр е-Ю н га. Растекан ие. 8. Т епло таадсо р бции, тепло тасмачиван ия. 9. Регулир о ван ие смачиван ияс по мо щ ью П А В . А дсо р бцио н н о е мо диф ицир о ван ие по вер х н о сти. Ф ло тация. 10. К апилляр н о -по р исты е тела, их классиф икацияпо Д убин ин у. Т ео р ияо бъ емн о го запо лн ен иямикр о по р (П о лян и). 11. П о тен циальн аях ар актер истическаякр иваяадсо р бции; ее темпер атур н аяин вар иан тн о сть, аф ф ин н о сть. Литер атур а 1. Ф р о ло вЮ .Г. К ур с ко лло идн о й х имии. М .: Химия, 1989. – Гл. IIБ , III. 2. Ф р идр их сбер г Д .А . К ур с ко лло идн о й х имии. Л.: Химия, 1984. Гл. VI, VIII, X. К о нтр о льны е во пр о сы , упр а жнения и за дачи по тем е № 2 «Адсо р бция . С м а чива ние» 1. Д ай те о пр еделен ие по н ятия« адсо р бция» . Ч то тако е адсо р бцияс тер мо дин амическо й то чки зр ен ия? 2. К ак ф о р мулир уетсязако н Ген р и пр имен ительн о к явлен ию адсо р бции? П р и каких усло виях пр имен им это тзако н ? К ако васвязь ко н стан ты Ген р и и ко н стан ты адсо р бции ур авн ен ияЛен гмю р а? 3. В чем со сто ятр азличиямеж ду ф изическо й и х имическо й адсо р бцией ? П р иведите пр имер ы этих видо вадсо р бции. 4. В чем заклю чаетсяр азличие меж ду абсо лю тн о й и гиббсо вско й адсо р бцией ? 5. К акие вещ естван азы ваю тпо вер х н о стн о -активн ы ми? К ако ваих мо лекуляр н аястр уктур а? В чем со сто итмо лекуляр н ы й мех ан изм влиян ия П А В н апо вер х н о стн о е н атяж ен ие? 6. П о каким экспер имен тальн ы м дан н ы м и как мо ж н о по стр о ить изо тер му адсо р бции Гиббсан апо вер х н о сти р азделар аство р /во здух ? 7. К ако е сво й ство П А В х ар актер изуетвеличин апо вер х н о стн о й активн о сти (G)? К аким вы р аж ен ием о н ао пр еделяется? С по мо щ ью каких экспер имен тальн ы х дан н ы х и как о пр еделить G н апо вер х н о сти р аздела р аство р /во здух ? 8. В чем со сто итпр авило Д ю кло -Т р аубе? Н ар исуй те сх ематически семей стваизо тер м по вер х н о стн о го н атяж ен ияи адсо р бции дляэтан о ла, н -

16

пр о пан о лаи н -бутан о ла. 9. К ако васвязь меж ду по вер х н о стн о й активн о стью и р або то й адсо р бции П А В ? Н апиш ите со о тветствую щ ее вы р аж ен ие. 10. В о ско лько р аз по вер х н о стн аяактивн о сть н -маслян о й кисло ты бо льш е, чем по вер х н о стн аяактивн о сть уксусн о й кисло ты , если ин кр емен т р або ты адсо р бции р авен 0,2 кД ж /мо ль? 11. И зо бр азите сх ематически о р иен тацию мо лекул масло р аство р имо го П А В н апо вер х н о сти р азделаво да/углево до р о д пр и адсо р бции из углево до р о да. Зависитли вэто м случае по вер х н о стн аяактивн о сть о тдлин ы углево до р о дн о го р адикалаП А В и как? 12. П о Лен гмю р у р або таадсо р бции П А В (адсо р бцио н н ы й по тен циал W) вклю чаетдваслагаемы х : W = W0 + n ∆ W. П р и адсо р бции из во дн о й ф азы н апо вер х н о сти р азделаво да/углево до р о д како е пр иближ ен н о е р авен ство мо ж н о считать спр аведливы м: W ≅ W0 или W ≅ n ∆ W? А пр и адсо р бции из углево до р о дн о й ф азы ? 13. Д ляо чистки во ды о тпр имеси бутан о лакако й следуетпр едпо честь адсо р бен т– активир о ван н ы й уго ль или силикагель? В како м случае мо ж н о о ж идать бо лее вы со ко го зн ачен ияадсо р бцио н н о го по тен циала бутан о лан амеж ф азн о й гр ан ице Ж /Т и его бо лее вы со ко й по вер х н о стн о й активн о сти? 14. К ако вы о сн о вн ы е пр едпо сы лки тео р ии мо н о мо лекуляр н о й адсо р бции Лен гмю р а? Н апиш ите ур авн ен ие изо тер мы адсо р бции Лен гмю р а и пр едставьте гр аф ически типичн ы й вид это й изо тер мы . К ако вф изический смы сл ко н стан тур авн ен ияЛен гмю р а? 15. К ак о пр еделить ко н стан ты ур авн ен ияЛен гмю р а, имеяэкспер имен тальн ую кр ивую адсо р бции? К акие тер мо дин амические и гео метр ические х ар актер истики системы адсо р бат-адсо р бен тмо ж н о р ассчитать с по мо щ ью этих ко н стан ти как? 16. К ако во стр о ен ие (о р иен тациямо лекул, пло тн о сть упако вки) адсо р бцио н н о го сло яП А В н апо вер х н о сти во дн о го р аство р апр и усло вии: (1) С → 0; (2) С → ∞ ? П р иведите сх емы . К акие со о бр аж ен ияи р асчеты по дтвер ж даю тэто стр о ен ие? 17. Н акако й сх еме пр авильн о о тр аж ен о семей ство изо тер м лен гмю р о вско й адсо р бции член о вго мо ло гическо го р ядаП А В ? Д ай те о бо сн о ван н ы й о твет.

17

18. М о лекуляр н аяпло щ адкаП А В н апо вер х н о сти по р исто го адсо р бен таSm = 0,5 н м2 , емко сть мо н о сло яр авн а3⋅10-4 мо ль/кг. Ч ему р авн а удельн аяпо вер х н о сть адсо р бен та? 19. С увеличен ием длин ы углево до р о дн о го р адикалаП А В вго мо ло гическо м р яду величин апр едельн о й адсо р бции н апо вер х н о сти во дн о го р аство р а(1) р астет; (2) умен ьш ается; (3) н е измен яется? Д ай те о бо сн о ван н ы й о твет. 20. П утем о бъ един ен ияур авн ен ий Гиббсаи Лен гмю р авы ведите ур авн ен ие изо тер мы по вер х н о стн о го н атяж ен ия. Ср авн ите его с эмпир ическим ур авн ен ием Ш иш ко вско го . К ако вф изический смы сл ко эф ф ициен то в ур авн ен ияШ иш ко вско го ? К ак о н и измен яю тсявго мо ло гическо м р яду П А В с увеличен ием длин ы углево до р о дн о го р адикала? 21. Н ао сн о ве каких экспер имен тальн ы х дан н ы х и как о пр еделить зн ачен ияко эф ф ициен то вур авн ен ияШ иш ко вско го ? 22. πω = RT. У р авн ен ием со сто ян иякако й системы являетсядан н о е вы р аж ен ие? К ако вф изический смы сл величин впр аво й части ур авн ен ия? 23. Н апиш ите ур авн ен ие по лимо лекуляр н о й адсо р бции БЭ Т . К ако вы о сн о вн ы е пр едпо сы лки тео р ии БЭ Т ? К ако вф изический смы сл ко н стан т ур авн ен ияБЭ Т и как их о пр еделить? 24. В чем заклю чаетсямето д н изко темпер атур н о й адсо р бции как стан дар тн ы й метод о пр еделен ияудельн о й по вер х н о сти диспер сн ы х систем (каких ?) ? 25. В чем р азличие и о бщ н о сть таких явлен ий как адгезияж идко сти к твер до му телу и смачиван ие? К акие величин ы испо льзую тсядля ко личествен н о й о цен ки этих явлен ий ? 26. В каплю во ды н апо вер х н о сти пар аф ин авн есен о леатн атр ия. В р езультате пр о изо ш ло (1) во зр астан ие или (2) умен ьш ен ие кр аево го угла смачиван ия? Д ай те о твет, о сн о вы ваясь н аур авн ен ии Ю н га, по ясн ите его сх емо й , по казы вю щ ей адсо р бцию П А В н апо вер х н о стях р азделасмеж н ы х ф аз. 27. Н апо вер х н о сть квар цево й пластин ки н ан есен а(1) капляво ды : (2) капляво дн о го р аство р адо дециламмо н ий х ло р ида. В како м случае кр аево й уго л смачиван иябо льш е? Н ар исуй те сх ему, о бо сн о вы ваю щ ую о твет. 28. Н апиш ите вы р аж ен ие, устан авливаю щ ее связь меж ду р або то й адгезии и смачиван ием. 29. Н апо вер х н о сти н еко то р о го твер до го телаи во да, и углево до р о д о бр азую то стр ы й кр аево й уго л (сх емы 1 и 2). И збир ательн о е смачиван ие в это й системе о тр аж аетсясх емо й 3. Гидр о ф ильн о или гидр о ф о бн о дан н о е тело ? О бо зн ачьте кр аево й уго л н асх еме 3.

18

30. К акие двавы р аж ен иях ар актер изую тусло вияр астекан ияж идко сти по по вер х н о сти твер до го тела(или др уго й ж идко сти): (1) σТ Г ≥ σТ Ж + σЖ Г; (3) Wа ≥ Wс; (2) σТ Г − σТ Ж < σЖ Г; (4) Wа − Wс = 0 ? В чем ф изический смы сл явлен ияр астекан ия? 31. Н апо вер х н о сть во ды с беско н ечн о бо льш о й пло щ адью н ан есен а капляо леин о во й кисло ты . Д ляэто й системы Wа > Wc. (1) К ако е явлен ие пр о изо й дет? (2) К акаясх емапр авильн о о тр аж аетстро ен ие о бр азо вавш его сямо н о сло я? (3) Н апиш ите ур авн ен ие со сто ян ияэто го сло я.

32. Со о тн о ш ен ие меж ду эн ер гетичесими пар аметр ами адсо р бции газа(пар а) н атвер до й по вер х н о сти даетсявы р аж ен ием: λd = qd − L. К ак н азы ваю тсявсе вх о дящ ие вн его величин ы и како вих ф изический смы сл? 33. Д ай те о пр еделен ие по н ятий « ин тегр альн аятепло таадсо р бции» (Qa) и « ин тегр альн аятепло тасмачиван ия» (Qw). К ак зависятзн ачен ияQa и Qw о твеличин ы адсо р бции (степен и запо лн ен ияадсо р бцио н н о го сло я? 34. П р и како м усло вии частицамин ер алабудетудер ж иватьсян апо вер х н о сти во ды (т.е. во змо ж н аф ло тация): (1) σТ Г < σТ Ж + σЖ Г ; (2) σТ Ж < σТ Г + σЖ Г ; (3) (3) σТ Г = σТ Ж + σЖ Г ? 35. Д ляпо вы ш ен ияэф ф ективн о сти ф ло тацио н н о го о бо гащ ен ияр уды н ео бх о димо (1) по вы сить или (2) по н изить смачиваемо сть ее частицво до й ? Д ай те о твет, испо льзуявы р аж ен ие, связы ваю щ ее удельн ую ф ло тир ую щ ую силу с кр аевы м угло м смачиван ия. 36. П р и каких усло виях дляпо р исты х тел-адсо р бен то впр имен има по тен циальн аятео р ияадсо р бции П о лян и? 37. П о како му мех ан изму пр о текаетадсо р бциягазо в(пар о в) в(а) макр о по р исты х ; (б) пер ех о дн о -по р исты х ; (в) микр о по р исты х телах ? 38. Н ар исуй те типичн ы й вид х ар актер истическо й по тен циальн о й кр иво й адсо р бции пар ан амикр о по р исто м адсо р бен те. К ако вф изический смы сл величин , ко то р ы е о н асвязы вает? К ако вы двах ар актер н ы е сво й ства это й кр иво й ? П о ясн ите их . 39. И меетсяэкспер имен тальн аяизо тер маадсо р бции пар ан амикр о по р исто м теле пр и темпер атур е Т 1 и х ар актер истическаяпо тен циальн ая кр иваяадсо р бции ε (V). К ак, н е пр о во дядо по лн ительн о го экспер имен та, по лучить изо тер му адсо р бции пр и др уго й темпер атур е Т 2 ? За дачи : № № 25,26,27,28,29,30 ,32,33 (Лабо р ато р н ы е р або ты и задачи по ко лло идн о й х имии / П о д р ед. Ю .Г.Ф р о ло ваи А .С.Гр о дско го М .: Химия, 1986. С. 68-75).

19

П р о гр а м м а сем ина р а по тем е № 3 «Электр о по вер хно стны е сво йства диспер сны х систем » 1. П р о исх о ж ден ие электр ическо го зар ядако лло идн ы х частиц. Д во й н о й электр ический сло й . Э лектр о кин етические явлен ия. Э лектр о кин етический по тен циал. 2. П ло ский Д Э С по Гельмго льцу. Н едо статки тео р ии Гельмго льца. 3. Т ео р иядиф ф узн о го Д Э С по Гуи и Ч епмен у: а) ф изическаякар тин астр о ен иядиф ф узн о го Д Э С, р аспр еделен ие ио н о ввдиф ф узн о м сло е. Со ставлен ие ур авн ен ияП уассо н аБо льцман а; б) пер во е ин тегр ир о ван ие; ан ализ диф ф ер ен циальн о й ф о р мы ур авн ен иядиф ф узн о го Д Э С (влиян ие ко н цен тр ации и вален тн о сти пр о тиво ио н о в, диэлектр ическо й пр о н ицаемо сти ср еды н аэлектр о кин етический по тен циал); в) вто р о е ин тегр ир о ван ие. У р авн ен ие диф ф узн о го Д Э С в ин тегр альн о й ф о р ме, его частн ы е случаи. 4. Н едо статки тео р ии Гуи-Ч епмен а. О сн о вн ы е пр едпо сы лки тео р ии Ш тер н а, стр о ен ие Д Э С по Ш тер н у. В лиян ие пр ир о ды пр о тиво ио н о в(их адсо р бцио н н о й спсо бн о сти н аэлектр о кин етический по тен циал). П ер езар ядказо лей . 5. Связь меж ду зар ядо м и по тен циало м диф ф узн о го сло я. Э лектр о о смо с. В ы во д ур авн ен ияско р о сти электр о о смо тическо го пер ен о са ж идко сти. У четпо вер х н о стн о й пр о во димо сти. 6. Э лектр о ф о р ез. У р авн ен ияГельмго льца-Смо лух о вско го , Гю ккеля, Ген р и. П о пр авки н аэлектр о ф о р етическо е то р мо ж ен ие, электр ическую р елаксацию . 7. П о тен циал течен ия, по тен циал седимен тации. П р актическо е зн ачен ие электр о кин етических явлен ий . Литер атур а 1. Ф р о ло вЮ .Г. К ур с ко лло идн о й х имии. М .: Химия, 1989. Гл. II IV 2. Ф р идр их сбер г Д .А . К ур с ко лло идн о й х имии. Л.: Химия, 1984. Гл. XII. К о нтр о льны е во пр о сы , упр а жнения и за дачи по тем е № 3 «Электр о по вер хно стны е сво йства диспер сны х систем » 1. К ако вы во змо ж н ы е пр ичин ы во зн икн о вен ияД Э С н амеж ф азн о й по вер х н о сти? П о ясн ите сх емами мех ан изм о бр азо ван ияД Э С: (1) н апо вер х н о сти частицгидр о зо лякр емн езема; (2) н апо вер х н о сти частицзо лягидр о ксидаFe (III); (3) н апо вер х н о сти гло бул латекса, стабилизо ван н о го ан ио н активным П АВ .

20

2. Зо ль AgJ по лучен взаимо дей ствием AgNO3 и KJ пр и избы тке KJ. К ако й ио н будетпо тен циало о пр еделяю щ им? К ако в зн ак зар яда частиц? Н апиш ите ф о р мулу мицеллы это го зо ля. 3. П р и по лучен ии эмульсий типа“масло в во де” в качестве стабилизато р о в испо льзо ван ы (1) гидр о х ло р ид до дециламмо н ия; (2) о леатн атр ия. К ако в зн ак зар яда капель? Н апиш ите ф о р мулы по тен циало о пр еделяю щ их ио н о в. К ако ваих о р иен тациян апо вер х н о сти капель (пр иведите сх ему)? 4. К како му электр о ду (к като ду или ан о ду) будутпер емещ аться макр о мо лекулы белкавкисло й ср еде? А вщ ело чн о й ? О тветмо тивир уй те. 5. К како му электр о ду будутпер емещ аться пр и электр о ф о р езе частицы о тр ицательн о зар яж ен н о го зо ля, если их Д Э С имеетпло скую стр уктур у (по Гельмго льцу) ? П р и каких усло виях во змо ж н атакаястр уктур а? В чем пр ичин ы н есо сто ятельн о сти тео р ии пло ско го стр о ен ияД Э С Гельмго льца? 6. Н ар исуй те сх ему стр о ен ия диф ф узн о го дво й н о го электр ическо го сло я по Гуи и Ч епмен у. У каж ите гр ан ицу ско льж ен ия, вн еш н ю ю гр ан ицу Д Э С, ϕ0, ζ- по тен циал. К ако е ур авн ен ие о писы ваетр аспр еделен ие пр о тиво ио н о в и ко ио н о в вблизи по вер х н о сти? Н апиш ите вы р аж ен ие для о бъ емн о й пло тн о сти электр ическо го зар ядавлю бо й то чке Д Э С. 7. Н апиш ите исх о дн ы е ур авн ен ия тео р ии диф ф узн о го Д Э С Гуи и Ч епмен а. 8. У р авн ен ие диф ф узн о го Д Э С в диф ф ер ен циальн о й ф о р ме имеет вид: df 2 RTC∞ =− dx εε 0

  zFϕ   zFϕ    exp  2 RT  − exp  − 2 RT       

В со о тветствии с этим ур авн ен ием как зависитζ- по тен циал: (1) о тко н цен тр ации ин диф ф ер ен тн о го электр о лита(ио н н о й силы р аство р а); (2) о твален тн о сти пр о тиво ио н о в; (3) о ттемпер атур ы ? К ак измен итсявеличин аζ- по тен циала, если часть во дн о й ф азы замен ить н аспир т(или ацетон )? 9. У р авн ен ие диф ф узн о го Д Э С в ин тегр альн о й ф о р ме по Гуи и Ч епмен у имеетвид:  zFϕ exp   2 RT  zFϕ exp   2 RT

  zFϕ 0   − 1 exp   −1  =  2 RT  exp − χ x   zFϕ 0   + 1 exp   +1   2 RT 

К ако й вид пр ин имаетэто ур авн ен ие вчастн ы х случаях :

21

(1) дляслабо зар яж ен н ы х зо лей (ϕ0< 25 мB); (2) ко гдавеличин аϕ0 велика, н о р ассматр ивается“пер иф ер ическая” часть Д Э С ( во бласти ϕ< 25 мB)? В ы по лн ите со о тветствую щ ие пр ео бр азо ван ия. 10. Ч то по н имаю т по д эф ф ективн о й то лщ ин о й диф ф узн о й части Д Э С? К ак о н азависито тко н цен тр ации электр о литаво бъ еме во дн о й ф азы (о тио н н о й силы ), о твален тн о сти пр о тиво ио н о в, о тпо ляр н о сти ср еды ? 11. Ч астицы гидр о зо ля AgJ имею т по вер х н о стн ы й по тен циал ϕ0= 27мВ . Ч ему р авен по тен циал ϕ н а р ассто ян ии о т по вер х н о сти частицы р авн о м эф ф ективн о й толщ ин е диф ф узн о й части Д Э С ? 12. В чем со сто ятн едо статки тео р ии диф ф узии Д Э С Гуи-Ч епмен а и как о н и пр ео до лен ы втео р ии Ш тер н а? 13. К ако вы о сн о вн ы е пр едпо сы лки тео р ии Д Э С Ш тер н а? К ако ваф изическая кар тин а стр о ен ия Д Э С по Ш тер н у? П р иведите сх ему, по ясн ите её. 14. К ако е ур авн ен ие о писы ваетзависимо сть ϕ(x) в диф ф узн о й части Д Э С с учёто м то лщ ин ы сло яШ тер н а(дляслабо зар яж ен н ы х частиц)? 15. П р и введен ии в по ло ж ительн о зар яж ен н ы й зо ль эквимо ляр н ы х ко личеств гало ген идо в калия в како м по р ядке мо ж н о р аспо ло ж ить эти со ли по вы зван н о му ими убы ван ию величин ы ζ- по тен циалачастицзо ля: (1) KCl> KBr> KJ; (2) KBr> KCl> KJ; (3) KJ> KBr>KCl ? Ч ем о пр еделяетсяэто тпо р ядо к? 16. И зо бр азите сх ему пер езар ядки частицо тр ицательн о зар яж ен н о го зо ляпр и введен ии со ли AlCl3. 17.Н апиш ите вы р аж ен иядля(1) р або ты пер емещ ен ия1 мо ляпр о тиво ио н о виз о бъ емар аство р авсло й Ш тер н а; (2) то ж е дляпер емещ ен ияв какую -либо то чку сло яГуи. 18. В чём заклю чаю тсяэлектр о кин етические явлен ия? ( П ер ечислите их и о бъ ясн ите.) Ч ем о н и о бусло влен ы ? 19.Н а р исун ке пр едставлен а сх ема, о то бр аж аю щ ая мех ан изм о дн о го из электр о кин етических явлен ий . К ако го ? И звестн о явлен ие о бр атн о е ему. К ако е? В чем о н о заклю чается? 20. К акими сво й ствами до лж н а о бладать ко н тактн ая (“бо ко вая”) ж идко сть пр и электр о ф о р езе ? 21. К акие ф акто р ы и как влияю тн а величин у электр о кин етическо го по тен циала? 22. В ы ведите ур авн ен ие Гельмго льца – Смо лух о вско го для ско р о сти электр о о смо са (электр о ф о р еза), исх о дяиз диф ф узн о го стр о ен ияД Э С. П р и каких усло виях пр имен имо это ур авн ен ие? 23. В чем суть явлен ия электр о ф о р етическо го то р мо ж ен ия ? Н еучетпо пр авки н а это явлен ие по вы ш аетили по н иж аетр ассчитан н о е по

22

ско р о сти электр о ф о р езазн ачен ие ζ- по тен циала? 24. В чем суть эф ф ектаэлектр ическо й р елаксации пр и электр о ф о р езе ? П р и каких усло виях по пр авко й н ан его мо ж н о пр ен ебр ечь ? 25. Н ай ден о , что для частицгидр о зо ля каучука (латекса) безр азмер н ы й р адиус χr =0,01, в во дн о й ф азе со дер ж атся то лько о дн о зар ядн ы е ио н ы . К ако е ур авн ен ие следуетиспо льзо вать дляр асчётаζ- по тен циалапо ско р о сти электр о ф о р еза? 26. Д ля частицгидр о зо ля пар аметр χr >>1. Ч то это о зн ачает: (1) эф ф ективн ая то лщ ин а диф ф узн о й части Д Э С зн ачительн о пр евы ш аетр адиус частицы или (2) эф ф ективн ая то лщ ин а диф ф узн о й части Д Э С зн ачительн о мен ьш е р адиуса частицы ? К ако е ур авн ен ие следуетиспо льзо вать для р асчета ζ- по тен циала по ско р о сти электр о ф о р еза: (1) ур авн ен ие Гельмго льца-Смо лух о вско го или (2) ур авн ен ие Гю ккеля? 27. В чём заклю чаетсяявлен ие по вер х н о стн о й пр о во димо сти? К аким о бр азо м н ах о дят пр о во димо сть ж идко сти в капилляр н о -по р исты х системах с учёто м по вер х н о стн о й пр о во димо сти? 28. В каких случаях вклад по вер х н о стн о й пр о во димо сти по вы ш ается: (1) пр и умен ьш ен ии р адиусакапилляр о в, (2) пр и умен ьш ен ии ио н н о й силы (3) пр и увеличен ии р адиусакапилляр о в, (4) пр и по вы ш ен ии ио н н о й силы ? 29. Д лядвух квар цевы х мембр ан со ср едн им р адиусо м по р (1) r1 = 5,0 мкм и (2) r2 =500 мкм р ассчитали ζ- по тен циал по о бъ ёмн о й ско р о сти электр о о смо са Vэо = εε0 ζH / χη. К ако е со о тн о ш ен ие пр авильн о е : ζ1 < ζ2; ζ1 > ζ2; ζ1 = ζ2 ? 30. Ч ер ез запр аво чн ы й тр убо пр о во д пр о качиваю тпр и по сто ян н о м давлен ии Р: (1) чисты й бен зин ; (2) бен зин , со дер ж ащ ий р аство р ен н ы й в н ем стеар аткальция. Н а ко н цах тр убо пр о во да во зн икаетр азн о сть по тен циало в (как о н а н азы вается?): Е = εε0ζР/χη. В како м случае мен ьш е о пасн о сть искр о во го р азр яда(и по ж ар а) и по чему? 31. К ако вы пр актические пр ило ж ен ияявлен ияэлектр о ф о р еза? 32. К ако е пр актическо е пр имен ен ие н ах о дитявлен ие электр о о смо са? За дачи: № № 20,21,23, 24,35,37,38,39 (Лабо р ато р н ы е р або ты и задачи по ко лло идн о й х имии / П о д р ед. Ю .Г.Ф р о ло ваи А .С.Гр о дско го . –М ., 1986. С.106-110)

23

П р о гр а м м а сем ина р а по тем е № 4 «Агр ега тивна я усто йчиво стьи ко а гуля ция ко лло идов. Физико хим ические сво йства диспер сны х систем » 1. Лио ф о бн ы е и лио ф ильн ы е диспер сн ы е системы . В иды усто й чиво сти лио ф о бн ы х ко лло идо в. 2. Ф акто р ы агр егативн о й усто й чиво сти лио ф о бн ы х зо лей . 3. К ин етикако агуляции. Бы стр аяи медлен н аяко агуляция. У р авн ен ие Смо лух о вско го . 4. О сн о вн ы е по ло ж ен иятео р ии Д ЛФ О . П о н ятие о р асклин иваю щ ем давлен ии. 5. Силаи эн ер гияэлектр о статическо го о тталкиван иячастиц. 6. Д альн о дей ствую щ ие силы и по тен циальн аяэн ер гияпр итяж ен иячастиц. П о сто ян н аяГамакер а. 7. А н ализ по тен циальн ы х кр ивы х взаимо дей ствиячастиц. Ф изический смы сл медлен н о й и бы стро й ко агуляции, по р о габы стр о й ко агуляции. О бо сн о ван ие пр авилаШ ульце-Гар ди. В заимо дей ствие частицв дальн ем мин имуме; тиксо тр о пия. 8. Д иф ф узияи бр о ун о вско е движ ен ие вко лло идн ы х системах . Седимен тацио н н о -диф ф узио н н о е р авн о весие. 9. Рассеян ие и по гло щ ен ие светав« белы х » зо лях . У р авн ен ияРелея, Ламбер та-Бер а. О пр еделен ие р азмер ачастицзо лей мето до м свето р ассеян ия. Литер атур а 1. Ф р о ло вЮ .Г. К ур с ко лло идн о й х имии. М .: Химия, 1989. Гл. VI. 2. Ф р идр их сбер г Д .А . К ур с ко лло идн о й х имии. Л.: Химия, 1984. Гл. III.

К о нтр о льны е во пр о сы , упр а жнения и за дачи по тем е № 4 «Агр ега тивна я усто йчиво стьи ко а гуля ция . Физико хим ические сво йства диспер сны х систем » 1. В чем со сто итпр ин ципиальн о е р азличие меж ду лио ф о бн ы ми и лио ф ильн ы ми диспер сн ы ми системами? К аким кр итер ием о пр еделяется усло вие со мо пр о изво льн о го диспер гир о ван ия и о бр азо ван ия лио ф ильн о й системы ? 2. Н иж е пер ечислен ы пр имер ы ко лло идн ы х систем. П о дчер кн ите те из н их , ко то р ы е о тн о сятсяк лио ф ильн ы м: зо ль зо ло та; латекс, стабилизир о ван н ы й о леато м калия; мицелляр н ы й во дн ы й р аство р о леатакалия; мицелляр н ы й во дн ы й р аство р о леатакалия; эмульсиягептан авво де; кр итическаяэмульсиявсистеме ф ен о л-во да; аэр о зо ль (во дян о й туман ).

24

3. Д ай те о пр еделен ие по н ятий : агр егативн аяусто й чиво сть; седимен тацио н н аяусто й чиво сть; ко агуляция; ф ло куляция; стр уктур о о бр азо ван ие. 4. Н азо вите тр и о сн о вн ы х ф акто р аагр егативн о й усто й чиво сти лио ф о бн ы х ко лло идн ы х систем. В чем их сущ н о сть? 5. Н апиш ите ур авн ен ие Смо лух о вско го длякин етики бы стр о й ко агуляции. К ак с по мо щ ью это го ур авн ен ияпо экспер имен тальн ы м дан н ы м (каким?) о пр еделить эн ачен ие ко н стан ты ско р о сти бы стр о й ко агуляции? 6. О ткаких ф акто р о взависитзн ачен ие ко н стан ты ско р о сти бы стр о й ко агуляции? 7. Ч то тако е вр емя по ло вин н о й ко агуляции θ ? К ак величин а θ связан ас ко н стан той ско р о сти бы стр о й ко агуляции? 8. В како м случае пр о цесс ко агуляции н азы вается медлен н о й ко агуляцией ? О ткаких ф акто р о в зависитко н стан та ско р о сти медлен н о й ко агуляции К м? Н апиш ите вы р аж ен ие дляК м. 9. В р емя по ло вин н о й ко агуляции н еко то р о го зо ля θ=10с. И сх о дн ая числен н ая ко н цен тр ация зо ля ν0=1014, чему р авн а ко н стан та ско р о сти бы стр о й ко агуляции? 10. Н ар исуй те н а о дн о м гр аф ике сх ематически кр ивы е зависимо сти н ачальн о й ско р о сти ко агуляции V0 о т (1) [Na+]; (2) [Ca++] , если частицы зо ля зар яж ен ы о тр ицательн о . Д ля како го ио н а П БК бо льш е и во ско лько р аз (тео р етически)? 11. И зо бр азите сх ематически вид по тен циальн ы х кр ивы х взаимо дей ствиячастицдлято чек, о бо зн ачен н ы х н ар исун ке: Ско р о сть ко агуляции

3•

• 4

2• 1• ко н цен тр ацияэлектр о лита 12. Н а сх еме по казан о пер екр ы ван ие гр ан ичн ы х сло ев двух зар яж ен н ы х по вер х н о стей , р азделен н ы х то н ко й ж идко й пр о сло й ко й (плен ко й ) то лщ ин о й h>kT; вто р ичн о го мин имума н ет; кр ивая2: Umax>>kT; Uвт>kT; кр ивая3: Umax= 0; кр ивая4: леж итвпо ло ж ительн о й о бласти. В како м случае (случаях ): (1) пр о текаетбы стр ая ко агуляция; (2) пр о текаетмедлен н ая ко агуляция; (3) пр о исх о дито бр атимая агр егация частицво вто р ичн о м мин имуме; (4) системаагр егативн о усто й чива? У каж ите пр авильн ы й о твет. 20. П о тен циальн аякр иваявзаимо дей ствиячастицх ар актер изуется следую щ ими пар аметр ами: (1) вы со тапо тен циальн о го бар ьер ао тталкива-

26

н ияUmax>>kT; (2) вто р ичн ы й мин имум о тсутствуетили его глубин а Uвт< kT. (а) Т акаясистемаагр егативн о усто й чива; (б) всистеме пр о текает медлен н аяко агуляция; (в) пр о текаето бр азо ван ие о бр атимы х ф ло кул во вто р ичн о м мин имуме. К ако е утвер ж ден ие пр авильн о ? 21. П о тен циальн ая кр ивая взаимо дей ствия частиц х ар актер изуется следую щ ими пар аметр ами: (1) вы со та по тен циальн о го бар ьер а Umax>>kT; (2) глубин а вто р ичн о го мин имума Uвт>kT. (а) В тако й системе пр о текает н ео бр атимая медлен н ая ко агуляция в пер вичн о м мин имуме; (б) пр о исх о дито бр атимо е о бр азо ван ие агр егато вво вто р ичн о м мин имуме; (в) система агр егативн о усто й чива. К ако е утвер ж ден ие пр авильн о ? 22. В чем заклю чаетсяэмпир ическо е пр авило Ш ульце-Гар ди? К ако е вы р аж ен ие, вы текаю щ ее из тео р ии Д ЛФ О , дасттео р етическо е о бо сн о ван ие это му пр авилу? 23. П р и по вы ш ен ии ко личества адсо р бир о ван н о го П А В н а по вер х н о сти частицлатекса пр о исх о дит: (а) гидр о ф о бизация или (б) гидр о ф илизация по вер х н о сти р аздела ф аз по лимер -во да? (П р иведите сх ему, по ясн яю щ ую о твет). К ак до лж н о по влиять адсо р бцио н н о е мо диф ицир о ван ие по вер х н о сти ввы бр ан н о м В ами случае н а: (а) ко н стан ту Гамакер а А *; (б) н аагр егативн ую усто й чиво сть латекса; (в) н авеличин у П БК ? 24. Замедлен ие ко агуляции, о бо сн о ван н о е по тен циальн ы м бар ьер о м, х ар актер изуетсявеличин о й , ко то р аян азы вается… … ..(?). К ак зависитэта величин ао тко н цен тр ации ко агулир ую щ его ио н а? П р иведите со о тветствую щ ий гр аф ик. 25. К акие тр и само пр о изво льн о пр о текаю щ ие пр о цессапр и х р ан ен ии эмульсий пр иво дятк увеличен ию ср едн его р азмер а капель, завер ш аю щ емусяр ассло ен ием системы н адве макр о ф азы ? 26. Различаю тдвавидаэлектр о литн о й ко агуляции лио ф о бн ы х зо лей : н ей тр ализацио н н ую и ко н цен тр ацио н н ую . В чем о н и заклю чаю тся ? Ч то о бщ его меж ду н ими и чем о н и р азличаю тся? 27. П р и ко агуляции слабо зар яж ен н о го гидр о зо ля AgJ испо льзо вали со ли: СaСl2, NaCl, BaCl2, LiCl. П о дчер кн ите ф о р мулы тех со лей , в случае ко то р ы х мо ж н о о ж идать пр еимущ ествен н о го вклада н ей тр ализацио н н о го мех ан измасж атияД Э С. 28. В о тр ицательн ы й сильн о зар яж ен н ы й зо ль введен электр о лит, катио н ы ко то р о го ин диф ф ер ен тн ы по о тн о ш ен ию к по вер х н о сти частиц(н е адсо р бир ую тся). К ако й тип ко агуляции – н ей тр ализацио н н ы й или ко н цен тр ацио н н ы й - будетпр еимущ ествен н ы м? За счетчего будетпр о исх о дить сн иж ен ие электр о статическо го по тен циальн о го бар ьер ао тталкиван ия? 29. В о тр ицательн о зар яж ен н ы й зо ль введен электр о лит, катио н ы ко то р о го спо со бн ы к специф ическо й адсо р бции н а по вер х н о сти частиц. К ако й мех ан изм ко агуляции будетпр ео бладаю щ им – ко н цен тр ацио н н ы й или

27

н ей тр ализацио н н ы й ? За счетчего будетпр о исх о дить сн иж ен ие электр о статическо го по тен циальн о го бар ьер ао тталкиван ия? 30. Н апиш ите вы р аж ен ие, устан авливаю щ ее зависимо сть ко эф ф ициен тадиф ф узии ко лло идн ы х частицо тих р азмер а. К то его авто р ? 31. К акая величин а служ ит ко личествен н о й х ар актер истико й бр о ун о вско го движ ен ия? К аким ур авн ен ием о н а связан а с ко эф ф ициен то м диф ф узии? 32. С по мо щ ью како го ур авн ен ия мо ж н о р ассчитать число А во гадр о по измер ен иям ин тен сивн о сти бр о ун о вско го движ ен ия? 33. К акие из пер ечислен н ы х н иж е о птических явлен ий во змо ж н ы в ко лло идн о -диспер сн ы х системах : 1) о тр аж ен ие света о тпо вер х н о сти частиц; 2) пр ело млен ие светавчастицах ; 3) по гло щ ен ие света; 4)пр о х о ж ден ие светаскво зь частицу ? 34. В како м случае ин тен сивн о сть света, р ассеян н о го белы м зо лем, бо льш е: (1) пр и о свещ ен ии син им мо н о х р о матическим свето м (λ= 400 н м); (2) пр и о свещ ен ии кр асн ы м свето м (λ= 700 н м) ? В о ско лько р аз? (р асчет мо ж н о пр о во дить н е до ко н ца). 35. Д ай те о пр еделен ие величин ы мутн о сти (τ ) (1) чер ез ин тен сивн о сть р ассеян н о го светаJp; (2) чер ез ин тен сивн о сть пр о х о дящ его светаJпp. 37. К аким ур авн ен ием о писы вается течен ие идеальн о вязких ж идко стей ? Н ар исуй те р ео ло гическую кр ивую дляэто го случая. 38. В р азбавлен н о м во дн о м р аство р е по лимер авследствие о бр азо ван ияслабы х (н е х имических ) связей меж ду макр о мо лекулами во зн икли тр ех мер н ы е ассо циаты , спо со бн ы е р азр уш атьсявламин ар н о м по то ке. (1) Н ар исуй те кр ивую течен иятако го р аство р авко о р дин атах ур авн ен ияН ью то н а. У каж ите о бласть н ью то н о вско го течен ия. (2) К ак измен яетсяэф ф ективн аявязко сть пр и увеличен ии н апр яж ен иясдвигаи по чему? (3) П о каж ите, как н ай ти гр аф ическим мето до м вязко сть пр и течен ии р аство р а а) с н е р азр уш ен н о й стр уктур о й ; б) с по лн о стью р азр уш ен н о й стр уктур о й . 39. К ак зависит вязко сть р азбавлен н ы х ко лло идн ы х р аство р о в о т ко н цен тр ации диспер сн о й ф азы ? П р иведите со о тветствую щ ее ур авн ен ие. К то его авто р ? П р и каких усло виях о н о вы по лн яется? За дачи: № № 28 (с.181-184); № № р або ты и задачи А .С.Гр о дско го . – М

2, 3, 7, 8, 10 ( с.127-128); № № 8-12, 18, 22, 23, 26, 2, 5, 6, 9, 10,11,15, 18, 19 (С. 207-209). (Лабо р ато р н ы е по ко лло идн о й х имии / П о д р ед. Ю .Г.Ф р о ло ва и ., 1986)

28

Со ставители: В ер еж н ико в В икто р Н ико лаевич, П о яр ко ва Т атьян а Н ико лаевн а Редакто р Т их о мир о ваО .А .