Физическа и колоидна химия. СЪС
С. В. Егоров, Е. С. Оробейко, Е. С. Мухачева
Колоидна химия, измамен лист
1. Появата и основните етапи на развитие на колоидната химия. Предмет и обекти на изследване на колоидната химия
Възникването на науката за колоидната химия се свързва с изследванията на английски химик Т. Греъм . След пионерски изследвания М. Фарадей (1857), когато за първи път са получени стабилни колоидни разтвори на високо диспергирано злато, през 1861 г. Греъм изследва дифузията на различни вещества във водни разтвори и открива, че някои от тях (желатин, агар-агар и др.) дифундират във вода много по-бавно от , например соли и киселини. Освен това, когато разтворите са пренаситени, тези вещества не кристализират, а образуват желатинова, лепкава маса. Т. Греъм нарече тези вещества колоиди (от гръцки kolla - „лепило“, eidos - „вид“). Ето как се появи името на науката - "колоидна химия". Т. Греъм излага хипотеза за съществуването в природата на два противоположни класа химични вещества - кристалоиди и колоиди. Тази идея заинтересува много учени и през втората половина на 19 век.Започва бързото развитие на колоидната химия. В Русия по това време колоидната химия също получи голямо внимание, до голяма степен под влияние Д. И. Менделеев . Изследване на температурната зависимост на повърхностното напрежение на органични течности (1861)доведе Менделеев до откриването на концепцията за критичната температура на веществата. Менделеев също изрази идеята за връзката между повърхностното напрежение и други свойства на материята. През тези години са открити много вещества с колоидни свойства, разработени са различни методи за пречистване и стабилизиране на колоиди и са създадени методи за тяхното изследване. Тъй като бяха открити нови колоиди, хипотезата на Т. Греъм беше заменена през първата половина на 20 век. дойде на себе си концепция за универсалността на колоидното (диспергирано) състояние на материята:„Колоидното състояние не се определя от състава на веществото. При определени условия всяко вещество може да бъде в колоидно състояние.“ Тази концепция е формулирана от професор в Минния институт в Санкт Петербург П. П. Веймарн V 1906–1910. Той показа, че типичните колоиди (например желатин) могат да бъдат изолирани в кристална форма и, напротив, колоиден разтвор (например готварска сол в бензен) може да се приготви от кристалоидни вещества. Има промяна в приоритетите на колоидната химия. Основната посока беше изследването на дисперсното (колоидно) състояние на веществата. Около 1920г. основните проблеми на колоидната химия условно се разделят на три групи: състав, структура и свойства на колоидните частици; взаимодействие на частици с дисперсна среда; контактни взаимодействия на частиците една с друга, водещи до образуването на колоидни структури. През този период са открити основните закони на колоидната химия - законът за Брауновото движение и дифузията на колоидните частици (А. Айнщайн) , хетерогенен характер на колоидните разтвори (Р. Зигмонди) , седиментационно-дифузионно равновесие на дисперсиите в гравитационното поле (J. Perrin) и в центрофуга (Т. Сведберг) , разсейване на светлината (Дж. Рейли) , коагулация на золове с електролити (Г. Шулце И В. Харди) . Поява през втората половина на 20 век. Методите с висока разделителна способност за изследване на структурата на веществата (ЯМР, електронна и атомно-силова микроскопия, компютърно моделиране, фотонна корелационна спектроскопия и др.) позволиха да се премине към систематично изследване на структурата и свойствата на колоидните системи. Съвременната дефиниция на тази наука гласи: колоидна химияе учението за свойствата и трансформациите на веществата в диспергирани и ултрадисперсни състояния и повърхностни явления в дисперсни системи. Обектите на изследване в колоидната химия имат силно развита повърхност и представляват различни золи, суспензии, емулсии, пени, повърхностни филми, мембрани и порести тела, наноструктурирани системи (нанотръби, филми на Langmuir-Blodgett, хибридни органично-неорганични композитни материали, нанокомпозити).
2. Основни характеристики на дисперсните системи. Характеристики на ултрамикрохетерогенното състояние (наносъстояние)
Дисперсни системиобразувана от две или повече фази със силно развита граница между тях, като поне една от фазите е диспергирана фаза– разпределени под формата на малки частици (кристали, капки, мехурчета и др.) в друга, непрекъсната фаза – дисперсионна среда. Примери са скали, почви, почви, дим, облаци, валежи, растителни и животински тъкани и др. Най-важната характеристика на дисперсните системи е хетерогенност. Характерна черта на дисперсните системи– силно развита междуфазна повърхност и, като следствие, висока свободна енергия, следователно, обикновено дисперсните системи (с изключение на лиофилните) са термодинамично нестабилни. Те имат повишена адсорбционна способност, химична и понякога биологична активност. Дисперсните системи се характеризират с увеличаване на повърхността с нарастваща дисперсия и нарастваща роля на повърхностните явления. Дисперсните системи се характеризират с много голяма специфична повърхност Удиспергирана фаза.
У < К/др,
Къде К– безразмерен коефициент (за сферични и кубични частици К = 6); r– плътност на дисперсната фаза.
Други важни термодинамични параметри, характеризиращи колоидните системи, са специфичната свободна повърхностна енергия σ (повърхностно напрежение), повърхностната ентропия чи специфична адсорбция Ж. Важна характеристикадисперсни системи е, че значителна част от общата маса и свободната енергия на системата е концентрирана в междуфазните повърхностни слоеве. С тази функция са свързани следните свойства: невъзпроизводимост(или индивидуалност) системипоради неравномерната повърхност на частиците от дисперсната фаза, които имат различни повърхностни енергии дори при една и съща специфична повърхност; структуриране, свързано с тенденция към термодинамична нестабилност. Основно свойство на дисперсните системи е способността им да се развиват постепенно, което се свързва с природата на дисперсното състояние на материята, предимно с термодинамичното неравновесие. Излишната свободна енергия, причинена от наличието на силно развита граница между дисперсната фаза и дисперсионната среда, стимулира протичането на различни процеси (физични, физикохимични), водещи до намаляване на свободната енергия на Хелмхолц Е.Знак като лабилност, е следствие от термодинамична нестабилност и тенденция за намаляване на свободната енергия чрез образуване на по-малко диспергирани структури. Основни характеристикидисперсни системи - размери на частиците (или дисперсия), което се определя от съотношението на общата площ на междуфазната повърхност към обема на дисперсната фаза. Въз основа на този критерий, груби (ниско диспергирани) (частиците имат размер от 10–4 cm и повече) и фино диспергирани (високо диспергирани) (частиците имат размер от 10–4 до 10–5–10–7 cm), или колоидни системи (колоиди). Граничната степен на дисперсия, при която колоидната система запазва основното си свойство - хетерогенност - е в диапазона от 1 до 100 nm. Ултрадисперсните частици заемат междинно положение между молекули (атоми, йони) и макроскопични тела (фази). Размер на частиците на дисперсната фаза dе близо до максимално възможния, толкова по-силно ще бъде влиянието на мащабните ефекти - зависимостта на свойствата от размера на частиците. Ако за системи със средна степен на дисперсия повърхностното напрежение s се определя само от химичния състав, тогава за наносистемите вече е необходимо да се вземе предвид зависимостта на повърхностното напрежение от размера на диспергираните частици.
3. Различни видове класификация на дисперсни системи. Лиофилни и лиофобни дисперсни системи
Дисперсни системиразнородни и се състоят от две фази, едната от които (дисперсна фаза)под формата на частици с различни размери, разпределени в друга фаза - непрекъсната дисперсионна среда. Дисперсните системи се класифицират основно според размера на частиците на дисперсната фаза (или според степента на дисперсност). Освен това те се разделят на групи, които се различават по естеството и състоянието на агрегация на дисперсната фаза и дисперсионната среда (могат да бъдат твърди, течни и газообразни), по структура и по характер на междуфазните взаимодействия. Ако дисперсионната среда е течна, а дисперсната фаза е твърди частици, системата се нарича суспензия или суспензия; ако дисперсната фаза се състои от течни капчици, тогава системата се нарича емулсия. Дисперсните системи включват също пени (газ, диспергиран в течност), аерозоли (течност в газ) и порести тела (твърда фаза, в която газът или течността са диспергирани). Накратко видът на дисперсната система, в зависимост от агрегатното състояние, се записва като дроб, където дисперсната фаза е в числителя, а дисперсната среда е в знаменателя (например Т/Т (твърди колоидни разтвори - минерали, сплави), T/L (золи - суспензии), T/G (аерозоли - прах, изпарения), L/G (емулсии), L/G (аерозоли - мъгла); ;G/T (порести и капилярни системи), G/F (пенопласти - газови емулсии)). Системите H/G обикновено не фигурират в класификацията, тъй като необходимото условие за образуването на дисперсна система е ограничената разтворимост на веществото в средата.
ДП "ОРШАНСКИ ДЪРЖАВЕН ПРОФЕСИОНАЛНО-ТЕХНИЧЕСКИ КОЛЕЖ"
ФИЗИЧНА И КОЛОИДНА ХИМИЯ
за изучаване на дисциплината и изпълнение на тестови задачи на студенти-задочни студенти от институции, осигуряващи средно специално образование по специалност 2 „Технология на съхранение и преработка на животински суровини (в направление: месо и месни продукти)“
Орша 2010г
Обяснителна бележка……………………………………………………………………………………...3
Въведение…………………………………………………………………………………...4
Раздел 1 Физикохимия…………………………………………………………………………………5
1.1 Агрегатни състояния на веществата…………………………………………………………………………………5
1.2 Основи на химическата термодинамика………………………………………………………..5
1.3 Термохимия………………………………………………………………………………6
1.4 Фазови равновесия…………………………………………………………………………………..7
1.5 Решения…………………………………………………………………………………….7
1.6 Основи на химичната кинетика……………………………………………………………………………..8
1.7 Катализа………………………………………………………………………………………………..9
Раздел 2 Колоидна химия…………………………………………………………………………………...9
2.1 Повърхностни явления……………………………………………………………………………………9
2.2 Адсорбция………………………………………………………………………………...9
2.3 Колоидни системи…………………………………………………………………………………..10
2.4 Грубо дисперсни системи………………………………………………………………….12
2.5 Високомолекулни съединения и техните разтвори…………………………………………………………13
Препратки…………………………………………………………………………………………17
ОБЯСНИТЕЛНА ЗАПИСКА
Изготвени са препоръки за домашна контролна работа на студентите от 1 (първи) курс на 2 семестър на средното специално обучение по специалност 2 „Технология на съхранение и преработка на животински суровини“, направление на специалност 2 „Технология на съхранение и преработка на животински суровини (месо и месни продукти)” , квалификация „Техник-технолог” по дисциплина „Физикохимия и колоидна химия”.
Промоутъри (активатори)– вещества, които ускоряват активността на катализатора. инхибитори- вещества, които забавят активността на катализатора. Катализата може да бъде хомогенна или хетерогенна.
РАЗДЕЛ 2 Колоидна химия
Колоидна химияе наука за колоидите и повърхностите. Тя изучава системи: грубо дисперсни (частици > 1 µm) и високодисперсни (от 1 µm до 1 nm) Дисперсните системи са хетерогенни и се състоят от 2 или повече фази: дисперсна фаза и дисперсна среда. Например: T/L - золи, суспензии, L/L - емулсии, G/L - газови емулсии, пени….
2.1 Повърхностни явления
Повърхностните явления включват онези ефекти и поведенчески характеристики на веществата, които
наблюдавани на интерфейса. Причината за повърхностните явления е специалното състояние на молекулите в слоеве от течности и твърди вещества, непосредствено съседни на интерфейсите. Тези слоеве се различават рязко по много характеристики (плътност, вискозитет, електропроводимост...). Изследването на взаимодействията в повърхностните слоеве е необходимо за развитието на много области на науката и практиката, от изясняване на механизмите на атмосферните явления до технологията на детергенти, лепила и козметика. При производството на лекарства повърхностните явления като адсорбция, омокряне, адхезия и кохезия играят важна роля.
Адхезия(адхезия) е молекулярното привличане между повърхностите на две контактуващи различни твърди или течни фази.
Кохезия– кохезия на хомогенни молекули, атоми или йони, която включва всички видове междумолекулно и междуатомно привличане в рамките на една фаза. Твърдите и течните състояния имат висока кохезия, газовете имат ниска кохезия.
2.2 Адсорбция
Процесите на абсорбция на газове или разтворени вещества от твърди материали или течности могат да възникнат чрез различни механизми и обикновено се наричат сорбция.Абсорбиращите вещества се наричат сорбенти,абсорбирани газове или разтворени вещества - сорбати.
Адсорбциянаречена спонтанна концентрация върху твърда или течна граница на вещество с по-ниско повърхностно напрежение. Адсорбираното вещество се нарича адсорбат. адсорбент - адсорбент. Адсорбцията е чисто повърхностен процес, който се състои във взаимодействието на молекулите или йоните на адсорбата с повърхността на адсорбента поради ван дер Ваалсови сили, водородни връзки и електростатични сили. Скоростта на това
процесът е голям и адсорбцията настъпва незабавно, ако повърхността на адсорбента е лесно достъпна за молекулите на адсорбата. При порестите адсорбенти адсорбцията протича по-бавно и с по-ниска скорост, колкото по-тънки са порите на адсорбента.
Излишъкът или недостигът на разтворено вещество в повърхностния слой, на единица повърхност, се означава с G, т.нар. Адсорбция на Гибс. Ако Г > 0, тогава адсорбцията е положителна, това е типично за ПАВ. Ако Г< 0 ,то адсорбция отрицательна, это характерно для ПИВ (поверхностно инактивных веществ).
Положителната адсорбция се наричаадсорбция, придружена от натрупване на разтворени вещества в повърхностния слой.
отрицателен –адсорбция, придружена от изместване на разтворено вещество от повърхностния слой в средата. Само положителната адсорбция е от практическо значение.
Непорестите адсорбенти имат външна повърхност, докато порестите имат вътрешна повърхност.
Видове индустриални адсорбенти:
Въглен (активен въглен, въглеродни влакна, графит, плат...)
Минерални (силикагел, глини).
2.3 Колоидни системи
Класификация на дисперсните системи:
1. По размер на частиците: - груби (суспензии, суспензии, емулсии, прахове)
Колоидно диспергирани (золове)
Молекулярни и йонни разтвори
2. Според агрегатното състояние: L/G – мъгла, аерозоли ..
T/G - дим, прах..
G/L – пени, газови емулсии..
F/F - мляко..
T/F – окачвания…
G/T - твърда пяна, хляб, пемза...
F/T - перли, гелове...
T/T – цветни стъкла, минерали, сплави…
G/G – не съществува, защото е хомогенна молекула, в нея няма интерфейс.
Золи– високо диспергирани колоидни разтвори, свързани с T/L системата.
Хидрозоли –Това са золи, чиято дисперсна среда е вода.
Органозолите са колоиден разтвор начиято дисперсна среда е органична течност.
Аерозоли–золи с газова среда.
Лиосоли– золи с течна среда.
3. Чрез наличието или отсъствието на взаимодействие между частиците на дисперсните фази:
свободно диспергирани - аерозоли, лиозоли, емулсии
свързано-дисперсно - гелове, желета, пени
4. Според степента на взаимодействие между фазата и средата: лиофилни (силно изразено взаимодействие), йофобни (слабо изразено взаимодействие)
Свойства на колоидните системи:
Брауново движение. С увеличаване на размера на частиците постъпателното брауново движение спира, след това въртеливото движение изчезва и осцилаторното движение остава.
Дифузията е спонтанен процес на изравняване на концентрацията на частици в целия обем на разтвор или газ под въздействието на топлинно движение.
Осмотично налягане
Седиментацията е процес на утаяване на частици от дисперсна фаза в течна или газообразна среда под въздействието на гравитацията. Обратната седиментация е плаване на частици.
Вискозитетът е вътрешното триене между слоевете на дадено вещество, движещи се един спрямо друг. Зависи от температурата: с повишаване на температурата вискозитетът намалява
Течливостта е обратното свойство на вискозитета.
Оптични свойства: а) разсейване на светлината. В колоидните разтвори разсейването на светлината се проявява под формата на опалесценция - матово сияние, най-често със синкави нюанси, когато золът е осветен отстрани на тъмен фон. При пряка светлина може да изглежда червеникаво-жълт на цвят.
б) поглъщане на светлина. Всяка среда, в зависимост от свойствата си, избирателно поглъща определена част от падащата светлина в колоидните разтвори се усложнява от зависимостта на абсорбцията от дисперсността. Колкото по-малък е размерът на частиците на зола, толкова повече се абсорбират по-късите дължини на вълните. Белите золове не абсорбират светлина.
Методи за получаване на колоидни разтвори:
Кондензация - уголемяване на частици по време на агрегация на молекули или йони. Основава се на образуването в хомогенна среда на нова фаза с колоидна дисперсия. Общото условие за образуване на нова фаза е пренасищане на разтвора или парата. В този случай се образуват агрегати от няколко молекули, които се превръщат в ядра на нова фаза. Ролята на ядра могат да изпълняват съществуващи или въведени кристализационни центрове - прахови частици, малки добавки от готовия зол. Колкото по-голям е броят на кристализационните центрове и колкото по-ниска е скоростта на растеж на кристалите, толкова по-висока е дисперсията на получените золи.
Диспергиране – смилане на големи частици до колоидна дисперсия. Методи на смилане: механични (раздробяване с помощта на мелници) и физико-химични или пептизация (свежата утайка се превръща в зол чрез обработка с пептизатори: електролитен разтвор, разтвор на повърхностно активно вещество или разтворител).
Методи за пречистване на колоидни разтвори:
-диализа– извличане на нискомолекулни вещества от золове с чист разтворител с помощта на полупропусклива преграда, през която не преминават колоидни частици. Разтворителят се сменя постоянно или периодично, поради което се отстраняват примесите. Недостатъкът на този метод е, че процесът отнема много време (седмици, месеци).
-електродиализа- диализен процес, ускорен чрез прилагане на електрически ток. Използва се електродиализиращо устройство. Почистването е бързо (минути, часове)
Компенсаторна диализа - вместо чист разтворител се използват разтвори на определени нискомолекулни вещества с различна концентрация.
- вивидиализаизползвани за прижизнено определяне на нискомолекулни компоненти в кръвта. За извършване на анализа в краищата на прерязания кръвоносен съд се вкарват стъклени канюли, чиито разклонени части са свързани помежду си с тръби от полупропусклив материал, и цялата система се поставя в съд, пълен с физиологичен разтвор . солен разтвор или вода. Така беше установено, че освен свободна глюкоза, в кръвта има и свободни аминокиселини. Този принцип е използван за създаването на устройството "изкуствен бъбрек".
-ултрафилтрация– филтриране на разтвора през полупропусклива мембрана, която позволява
дисперсна среда с примеси и задържаща дисперсна фаза. Като мембрани се използват филтри от целофан, пергамент, азбест и керамика. Методът ви позволява да разделяте колоидните частици на фракции.
2.4 Груби системи
Размер на частиците 1m. Частиците могат да се наблюдават под светлинен микроскоп, поради което се наричат микрохетерогенни. Те включват газообразни среди - аерозоли, прахове и течни среди - суспензии, емулсии, пени.
Аерозоли– система с газова среда и твърда или течна дисперсна фаза. Те се образуват при експлозии, раздробяване, разпръскване на вещества, както и при кондензация на пренаситени водни пари и органични течности. Според агрегатното си състояние аерозолите биват:
мъгли (L/G), дим (T/G), прах (T/G), смог (смесен тип).
Характеристиките на физичните свойства на аерозолите, свързани с газова среда, включват
-термофореза– движение на аерозолни частици към областта с по-ниски температури.
-термоутаяване– отлагане на аерозолни частици върху студени повърхности поради загуба на кинетична енергия от частиците. Това обяснява отлагането на прах по стените и тавана в близост до отоплителни уреди.
-фотофореза– движение на аерозолни частици при едностранно осветяване.
Ролята на аерозолите е голяма. Влиянието на облаците и мъглите върху климата, пренасянето на семена и цветен прашец от вятъра, прилагането на торове. Стерилни аерозоли се използват за стерилизиране на хирургичното поле, рани, изгаряния; аерозоли за инхалация, съдържащи антибиотици и други лекарства; аерозолите се използват под формата на лепило в хирургическата практика за залепване на рани, кожа, кръвоносни съдове...
Пудри– свободно-дисперсни системи T/F. Свойства на праховете:
Насипна плътност - маса на единица обем прах, свободно изсипана във всеки контейнер;
Адхезия - склонността на праха да образува агрегати;
Течливостта (течливостта) е подвижността на частиците една спрямо друга и способността да се движат под въздействието на външна сила. Зависи от размера на частиците, влажността и степента на уплътняване.
Хигроскопичност и омокряемост - способността да абсорбира влагата от околната среда;
Влажността е съотношението на масата на влагата в материала към общата маса на материала.
Електропроводимост;
Запалимост и експлозивност;
Способност за гранулиране.
Окачвания – T/Fс размери на частиците по-високи отколкото в колоидните системи. Разликата между суспензии и колоидни системи:
Преминаването на светлина не причинява опалесценция, но се появява като мътност.
Лъчите се пречупват и отразяват, а не се разсейват.
Устойчивостта на седиментация е ниска.
Твърдите частици се утаяват бързо.
Концентрираните суспензии се наричат пасти.
Емулсии–W/F, течностите не се смесват или се смесват в ограничена степен. Емулсиите са:
Директно - масло/вода, бензен/вода
Реверс - вода/масло
Емулсиите биват: разредени, концентрирани, висококонцентрирани. Емулсиите бързо се разделят. Веществата, които стабилизират емулсията, се наричат емулгатори.
пяна– дисперсни системи G/L (по-малко стабилни) и G/T (по-стабилни). Стабилността на пяната е по-ниска от тази на емулсиите. Стабилността на пените се определя от „времето на живот“ на свободен филм или мехур, както и от времето на разрушаване на колоната от пяна. Образуването на пяна възниква, когато газът преминава през течност. Същността на процеса на разпенване е, че газовите мехурчета, заобиколени от адсорбционен слой от повърхностноактивни молекули, се издигат до повърхността на течността и се натъкват на филм върху нея. Ако филмът е силен, тогава на повърхността се натрупват мехурчета. Пенообразуването се използва във флотационни процеси, пожарогасене, процеси на почистване на повърхности и в хранително-вкусовата, космическата и фармацевтичната промишленост. Пяните аерозоли се използват като хемостатично средство и препарати против изгаряне. Широко използвани са твърдите пенопласти: пенополистирол, пеностъкло, естествена твърда пяна - пемза.
2.5 Макромолекулни системи и техните решения
Разтворите на вещества с високо молекулно тегло (HMW) са хомогенни, термодинамично стабилни, обратими системи, които се образуват спонтанно и са истински молекулни разтвори по своята природа.
Прилики с колоидни разтвори:
Макромолекулите се състоят от много хиляди атоми
Оптични свойства
Ниска скорост на дифузия
Ниско осмотично налягане.
Има: естествени - протеини, полизахариди, пектин. Имат постоянна моларна маса;
Синтетични - пластмаси, синтетични влакна...Имат средна моларна маса.
Структурата може да бъде: линейна - естествен каучук;
разклонени - нишесте;
пространствени – смоли;
шити - каучук, ебонит.
Свойства на VMV решения:
1. Набъбване - увеличаване на обема и масата на полимера поради абсорбцията му на определено количество разтворител. Количествената мярка за подуване е степен на набъбване L,които могат да имат обемно и масово изражение L=V-V0/V0; L=m-m0/m0
Набъбването може да бъде ограничено (набъбване на желатин във вода, набъбване на каучук в бензен) и неограничено (набъбване на желатин в гореща вода, набъбване на каучук в бензин)
2. Изсоляването е процесът на отделяне на EMV от разтвора под въздействието на електролити или неразтворители.
3.Коацервация - отделяне на новообразуваната фаза под формата на миниатюрни капчици. Използва се за покриване на лекарствени продукти, за да ги предпази от околната среда.
4. Осмотичното налягане може да се измери с достатъчна точност, като се използва уравнението на Van't Hoff P = cRT/ M
5. Вискозитетът нараства пропорционално на асиметрията на техните молекули. При същата химическа структура на молекулите, вискозитетът се увеличава с увеличаване на молекулното тегло.
Желета и гелове. Концепцията за гел и желиране се отнася до прехода на лиофобни дисперсни системи (золи, суспензии) във вискозно диспергирано състояние. Геловете са хетерогенни двуфазни системи. Преходът на полимерни разтвори към нетечаща еластична форма се обозначава с концепцията за желиране или желе.Те могат да бъдат хомо- и разнородни. Геловете могат да имат коагулационни и кондензационно-кристализационни структури. Между частиците на дисперсната фаза се запазват слоеве от дисперсната среда, поради което се появява известна пластичност. Колкото по-тънък е слоят на средата, толкова по-голяма е механичната якост на структурата, но и толкова по-голяма е нейната чупливост. Геловете са способни на пълзене - бавно изтичане без забележимо разрушаване на пространствената структура и до синерезис– постепенно уплътняване на структурата на гела, съпроводено с отделяне на дисперсна среда от капчиците на мрежата. Лиофобните чупливи гелове запазват структурата си при изсушаване. Изсушени гелове – ксерогелове– са в състояние да реабсорбират течни среди. Сухите, крехки гелове, поради своята порьозност, имат силно развита повърхност и са добри адсорбенти (силикагел, алуминиев гел.)
Хомогенните полимерни желета се образуват или по време на желирането на разтвори на линейни и разклонени EMV, или в резултат на набъбване на EMV. Примери за желета: желатин, агар-агар, фибри, кожа.
Въпроси за теста
1. Характеризирайте твърдото агрегатно състояние.
2. Характеризирайте газообразното състояние.
3. Характеризирайте течното състояние.
4. Обяснете какво е отворена система.
5. Обяснете какво е затворена система
6. Обяснете какво е изолирана система
7. Дайте обяснение какво е хомогенна система
8. Обяснете какво е разнородна система
9. Напишете математически израз за първия закон на термодинамиката
10.Напишете математически израз за втория закон на термодинамиката.
11. Дефинирайте понятието топлинен ефект на химична реакция. Формулирайте закона на Хес.
12. Дайте математическо представяне на закона за действието на масата за реакцията: H2(G)+I2(G) = 2HI(G)
13. Дайте математическо представяне на закона за масово действие за реакцията: Fe(TV) + H2O(G) = FeO (TV) + H2(G)
14. Дайте математическо представяне на закона за масово действие за реакцията: 4HCl (G) + O2 (G) = 2Cl2 (G) 2H2O (G)
15. Дайте математическо представяне на закона за действието на масата за реакцията: 2A(TV)+3 B(G)= 2C(g) +D(G)
16. Дайте математическо представяне на закона за масовото действие за реакцията: A(G)+3B(G) = C(G)
17. Дайте математическо представяне на закона за действието на масата за реакцията: 2SO2(G) + O2(G) = 2SO3(G)
18. Дайте математическо представяне на закона за действието на масата за реакцията: H2(G)+Cl2(G) = 2HCl(G)
19. Дайте математическо представяне на закона за действието на масата за реакцията: 3 A(TV) + 2B(G) = 3 C(G)+ D(G)
20. С колко градуса трябва да се повиши температурата, за да се увеличи скоростта на химичната реакция 32 пъти? Ако температурният коефициент е 2.
21. Колко градуса трябва да се повиши температурата, така че скоростта на химичната реакция да се увеличи 64 пъти? Ако температурният коефициент е 2.
22. Колко градуса трябва да се повиши температурата, така че скоростта на химичната реакция да се увеличи 256 пъти? Ако температурният коефициент е 2.
23. Колко градуса трябва да се повиши температурата, така че скоростта на химичната реакция да се увеличи 81 пъти? Ако температурният коефициент е 3.
24. За да се неутрализират 30 ml разтвор на сярна киселина, е необходимо да се добавят 20 ml 0,2 N алкален разтвор към него. Определете нормалността на взетия киселинен разтвор
25. За да се неутрализират 40 ml разтвор на солна киселина, е необходимо да се добавят към тях 28 ml 0,2 N алкален разтвор. Определете нормалността на взетия киселинен разтвор
26. За да се неутрализират 50 ml разтвор на азотна киселина, е необходимо да се добавят към тях 24 ml 0,2 N алкален разтвор. Определете нормалността на взетия киселинен разтвор
27. За да се неутрализират 40 ml алкален разтвор, към тях е необходимо да се добавят 24 ml 0,2 N разтвор на солна киселина. Определете нормалността на взетия алкален разтвор.
28. За да се неутрализират 20 ml разтвор на сярна киселина, е необходимо да се добавят 14 ml 0,2 N алкален разтвор към него. Определете нормалността на взетия киселинен разтвор
29. За да се неутрализират 30 ml алкален разтвор, към тях е необходимо да се добавят 24 ml 0,2 N разтвор на сярна киселина. Определете нормалността на взетия алкален разтвор.
30. За да се неутрализират 50 ml разтвор на сярна киселина, е необходимо да се добавят 25 ml 0,2 N алкален разтвор към него. Определете нормалността на взетия киселинен разтвор
31. За да се неутрализират 45 ml разтвор на сярна киселина, е необходимо да се добавят 35 ml 0,2 N алкален разтвор към него. Определете нормалността на взетия киселинен разтвор
32. Каква е разликата между хомогенна и хетерогенна катализа
33. Дефинирайте понятието колоидна химия. Какво е значението му?
34. Дайте характеристиките на адсорбцията.
35. Дайте примери за класификация на дисперсни системи.
36. Обяснете разликата между понятията хидрозоли, органозоли, аерозоли, лиозоли.
37. Обяснете разликата между лиофобни и лиофилни дисперсни системи.
38. Обяснете какво е вискозитет, от какво зависи и как се определя.
39. Характеризирайте метода на кондензация за получаване на колоидни разтвори.
40. Опишете дисперсионния метод.
41. Обяснете как се различава диализата от електродиализата.
42. Обяснете разликите между компенсаторна диализа и вивидиализа.
43.Какво е ултрафилтрация и за какво се използва.
44. Характеризирайте аерозолите.
45.Характеризирайте праховете.
46. Дайте сравнително описание на суспензията и емулсията.
47. Опишете дунапрените.
48. Опишете Втората световна война.
49. Обяснете разликата между желе и гел.
Код на ученика | работа № | работа № | работа № | работа № |
13z – 1, 14z-1 | ||||
13z – 2, 14z-2 | ||||
13z – 3, 14z-3 | ||||
13z – 4, 14z-4 | ||||
13z – 5, 14z-5 | ||||
13z – 6, 14z-6 | ||||
13z – 7, 14z-7 | ||||
13z – 8, 14z-8 | ||||
13z – 9, 14z-9 | ||||
13z – 10, 14z-10 | ||||
13z – 11, 14z-11 | ||||
13z – 12, 14z-12 | ||||
13z – 13, 14z-13 | ||||
13z – 14, 14z-14 | ||||
13z – 15, 14z-15 | ||||
13z – 16, 14z-16 | ||||
13z – 17, 14z-17 | ||||
13z – 18, 14z-18 | ||||
13z – 19, 14z-19 | ||||
13z – 20, 14z-20 | ||||
13z – 21, 14z-21 | ||||
13z – 22, 14z-22 | ||||
13z – 23, 14z – 23 |
ЛИТЕРАТУРА:
1. Ахметов и колоидна химия. – М.: Висше. училище, 1986г.
2. Физикохимия и колоидна химия. – М.: Висше. училище, 1977г.
3. Курс по физическа химия на Киреев. – М.: Висше. училище, 1980г.
4. Киена и колоидна химия. – М.: Издателство. Център "Академия", 2007г.
5. Евстратова и колоидна химия. – М.: Висше. училище, 1985г.
Колоидната химия е наука за физичните и химичните свойства на дисперсните системи и повърхностните явления.
Дисперсната система (DS) е система, в която поне едно вещество в повече или по-малко натрошено (диспергирано) състояние е равномерно разпределено в масата на друго вещество. DS е хетерогенен, той се състои от най-малко две фази. Натрошената фаза се нарича дисперсна фаза. Непрекъсната среда, в която дисперсната фаза е фрагментирана, се нарича дисперсионна среда. Характерно свойство на DS е наличието на голяма междуфазна повърхност. В това отношение определящите свойства са свойствата на повърхността, а не на частиците като цяло. DS се характеризира с процеси, протичащи на повърхността, а не вътре във фазата.
Повърхностни явления и адсорбция
Повърхностните явления са явления, възникващи на границата между фазите на дисперсните системи. Те включват: повърхностно напрежение, намокряне, адсорбция и др. Най-важните технически процеси се основават на повърхностни явления: пречистване на въздуха и отпадъчните води от вредни примеси, обогатяване на минерални руди (флотация), заваряване на метали, почистване, смазване, боядисване на различни повърхности и много други.
Повърхностно напрежение
Всеки фазов интерфейс има специални свойства, които се различават от свойствата на вътрешните части на съседните фази. Това се дължи на факта, че повърхностните слоеве имат излишък от свободна енергия. Нека разгледаме система, състояща се от течност и газ (фиг. 1).
На молекула Аразположени вътре в течността, има сили на взаимно привличане от всички съседни молекули, които я заобикалят. Резултатът от тези сили е нула. За една молекула IN, разположени на повърхността на течността, не всички сили на молекулярно привличане ще бъдат компенсирани. Това се дължи на факта, че в един газ молекулите са далеч една от друга и силите на привличане между тях са незначителни. Следователно, молекулите INизпитвайте привличане само от течността. За тях резултантните сили на молекулярно привличане не са нула и са насочени дълбоко в течната фаза. Тази сила се нарича вътрешно налягане. Това налягане се стреми да изтегли всички молекули от повърхността дълбоко в течността. Под това налягане течността се свива и се държи така, сякаш има „кожа“. Колкото по-различни са междумолекулните взаимодействия в съседните фази, толкова по-голямо е вътрешното налягане.
За да се създаде нов фазов интерфейс, например, за да се разтегне течност във филм, е необходимо да се изразходва работа срещу силите на вътрешно налягане. Колкото по-голямо е вътрешното налягане, толкова повече енергия е необходима. Тази енергия е концентрирана в молекули, разположени на повърхността и се нарича свободна повърхностна енергия.
Работата, изразходвана за образуването на 1 cm 2 от фазовия интерфейс или неговата еквивалентна свободна повърхностна енергия, се нарича повърхностно напрежение и означават , J/m 2. Тогава запасът от свободна енергия (F s), концентрирана на фазовата граница (S), е равен на: F s = S. Следователно, колкото по-малък е размерът на частиците, толкова по-голяма е повърхността S и толкова по-голяма запас от свободна повърхностна енергия тази дисперсна система има в сравнение с конвенционалните масивни тела.
От термодинамиката е известно, че условие за устойчиво равновесие на системата е минималната свободна енергия. В тази връзка дисперсните системи са термодинамично нестабилни: в тях процесите протичат спонтанно , свързано с намаляване на фазовия интерфейс поради уголемяване на частиците. Очевидно състоянието на равновесие съответства на разслояване на системата (например емулсията се разделя на две течности, а суспензията се разделя на течност и утайка). Освен това, тъй като стойността клони към минимум, течността в свободно състояние отнема форма на сфера, (капки течност). Това се обяснява с факта, че повърхността на топката е минимална за даден обем материя.
Минималната стойност на F s, тоест състоянието на равновесие на системата, може да бъде постигната и чрез стремеж към минимална стойност . по този начин спонтанен в дисперсните системи има и процеси, свързани с намаляване на повърхностното напрежение. За твърди вещества , които не могат да променят формата си толкова лесно, колкото течностите, свободната повърхностна енергия F s може да намалее само един начин ─ поради намаляване на повърхностното напрежение . Това се случва по следния начин: молекулите, разположени в повърхностния слой, могат да привличат и понякога много здраво да държат други молекули от околната среда, заобикаляща твърдото вещество. Това явление се нарича сорбция.
Стойността на повърхностното напрежение се влияе от:
1. Естество на веществото . величина се определя от структурата на кондензираната фаза, тоест естеството на силите, действащи между частиците. Колкото по-голяма е полярността на химичните връзки в дадено вещество, толкова по-високи са стойностите характеристика на това вещество. Сред течностите (на границата с въздуха) водата има най-голяма стойност. Още по-високи стойности наблюдавани при стопилки на йонни кристали и твърди метали.
2.температура. С повишаване на температурата стойността намалява, тъй като топлинното движение на частиците при нагряване отслабва действието на междучастичните сили в веществото.
3.Концентрации на добавени добавки. величина зависи от концентрацията на веществата, разтворени в изпитваната течност. Има два вида вещества. Повърхност ─ неактивни вещества (PIS), повдигане повърхностно напрежение на разтвор в сравнение с чист разтворител. Те включват повечето силни електролити.
Повърхностноактивни вещества (повърхностно активно вещество),силно понижаване повърхностно напрежение на получения разтвор. С увеличаване на концентрацията на ПАВ в разтвора стойността рязко намалява, тъй като веществото се концентрира (сорбира) в повърхностния слой на разтвора и не се разпределя равномерно в целия обем на разтвора. Във водни разтвори полярните органични съединения проявяват повърхностна активност ─ алкохоли, киселини, соли и др. Молекулите на такива съединения едновременно съдържат полярни групи (O, OH, COOH, NH 2) и неполярна въглеводородна верига. Схематично една молекула на повърхностно активното вещество обикновено се обозначава, както следва: „O────“. Типичен пример за повърхностно активно вещество е натриевата сол на стеаринова киселина C 17 H 35 COONa (твърд сапун).
Съвременната колоидна химия е наука в пресечната точка на химията, физиката и биологията. Специалната интердисциплинарна позиция на колоидната химия се подчертава от факта, че в англоезичната литература често се използва наименованието „colloid science“. колоидна наука).
История на колоидната химия
Колоидната химия като наука има кратка история, но хората използват свойствата на колоидните системи и колоидно-химичните процеси от древни времена. Това са например такива занаяти като изработка на бои, керамика, глазура, предене на лен, памук, вълна, дъбене на кожа.
От 18 век се появяват описания на отделни изследвания, които по-късно са включени в съответните раздели на колоидната химия. Те включват работата на М. В. Ломоносов върху кристализацията и производството на цветни стъкла с помощта на метални дисперсии (1745-1755 г.). В К. Шееле и Ф. Фонтана, независимо един от друг, те откриха явлението адсорбция на газ от въглища. В Т. Е. Ловиц открива явлението адсорбция от разтвори. П. Лаплас получава първите количествени зависимости за капилярното налягане. През 1808 г. F. F. Reiss, провеждайки експерименти с елемента на Волта, открива явленията електрофореза и електроосмоза.
Някои от най-ранните изследвания на колоидните системи са извършени от италианеца Ф. Селми през 1845 г. Той изучава системи, състоящи се от сребърен хлорид, сяра и пруско синьо, разпределени в обем вода. Тези системи, получени от Селми, са много подобни на истинските разтвори, но Селми вярва, че нито изследваните от него вещества, нито други подобни вещества могат да присъстват във водата под формата на същите малки частици като тези, образувани в истинските разтвори, т.е. формата на отделни молекули или йони.
Възгледи, близки до Selmi, бяха изразени от K. Naegeli, който вярваше, че в такива системи частиците на сяра, сребърен хлорид и други вещества са по-големи агрегати от отделните молекули. За полимолекулните агрегати той въвежда понятието "мицел". За да разграничи системите, съдържащи мицели, от разтворите, където разтвореното вещество присъства като отделни молекули, Nägeli нарича системи, съдържащи мицели, "золи". Термините "мицел" и "зол" са станали общоприети.
Текущо състояние
Основните направления на съвременната колоидна химия:
- Термодинамика на повърхностните явления.
- Изследване на адсорбцията на ПАВ.
- Изследване на образуването и устойчивостта на дисперсни системи, техните молекулярно-кинетични, оптични и електрически свойства.
- Физико-химична механика на дисперсни структури.
- Развитие на теорията и молекулярните механизми на процесите, протичащи в дисперсни системи под въздействието на повърхностноактивни вещества, електрически заряди, механично въздействие и др.
Тъй като дисперсното състояние на материята е универсално и обектите на изследване на колоидната химия са много разнообразни, колоидната химия е тясно свързана с физиката, биологията, геологията, почвознанието, медицината и др.
Има Институт по колоидна химия и химия на водата на името на. A. V. Dumansky NASU (Киев).
Излиза научен “Колоиден журнал”.
Литература
- Наръчник по повърхностна и колоидна химия / Изд. К.С. Бърди. - 2-ро изд. - N.Y.: CRC Press, 2003. - 765 с.
- Ablesimov N. E. Конспект по химия: Справочник и учебник по обща химия - Хабаровск: Издателство FEGUPS, 2005. - 84 с.
- Аблесимов Н. Е. Колко химии има в света? Част 1. // Химия и живот - XXI век. - 2009. - № 5. - С. 49-52.
- Summ B. D. Основи на колоидната химия: учебник. помощ за студенти по-високо учебник институции / Б. Д. Сум. - 2-ро изд., изтрито. - М.: Издателски център "Академия", 2007. - 240 с.
- Химическа енциклопедия. - М.: “BRE”, 1998.
- Friedrichsberg D. A. Курс по колоидна химия. Л.: Химия, 1984. - 352 с.
- Захарченко В. Н. Колоидна химия: Учебник. за за медицински биолог. специалист. университети - 2-ро изд., преработ. и допълнителни - М.: Висше училище, 1989.-238 с.: ил.
Фондация Уикимедия.
2010 г.
Вижте какво е „колоидна химия“ в други речници: КОЛОИДНАТА ХИМИЯ изучава дисперсни системи с висока степен на фрагментация (размер на частиците от 10 2 до 10 7 cm) и огромна повърхност (например активният въглен има специфична повърхност от хиляди m2/g), което ги определя .....
Съвременна енциклопедия
колоидна химияГолям енциклопедичен речник - - дял от химията, чийто предмет са силно диспергирани системи и протичащи в тях системи. Речник по аналитична химия...
Химически терминиКОЛОИДНА ХИМИЯ - науката, която изучава физиката. хим. свойства на дисперсни системи и някои високомолекулни продукти, както и повърхностни физични явления. хим. процеси, протичащи на интерфейса (вижте) ...
Голяма политехническа енциклопедия Традиционното наименование за физическата химия на дисперсните системи (вижте Дисперсни системи) и повърхностните явления (вижте повърхностните явления). К. х. като самостоятелна наука възниква през 60-те години на 19 век. Оттогава предметът и методите му значително...
Терминът колоидна химия Терминът на английски колоидна химия Синоними колоидна наука Съкращения Сродни термини адхезия, адсорбция, двоен електрически слой, дисперсност, зол, колоиден разтвор, критична концентрация... ... Енциклопедичен речник по нанотехнологии
Област на химията, която изучава дисперсни системи и повърхностни явления, които се появяват на фазовите граници. Тъй като частиците на дисперсната фаза и заобикалящата ги дисперсионна среда имат много голяма междуфазна площ (в силно дисперсните системи... ... Химическа енциклопедия
Традиционното наименование на науката за дисперсните системи и повърхностните явления. Изучава процеси и явления като адхезия, адсорбция, омокряне, коагулация, електрофореза. Разработва научни принципи на технологията на строителните материали, сондирането... Енциклопедичен речник
колоидна химия- koloidų chemija statusas T sritis chemija apibrėžtis Dispersinių sistemų ir paviršinių reiškinių chemija. атитикменис: англ. колоидна химия рус. колоидна химия... Chemijos terminų aiškinamasis žodynas
Наука за повърхностните явления и дисперсните системи. Цялата природа - земната кора и подпочвата, атмосферата и хидросферата, животинските и растителните организми - е сложна съвкупност от различни разпръснати системи. Универсалността на дисперсното състояние определя... ... Голям енциклопедичен политехнически речник
Книги
- Колоидна химия. Физикохимия на дисперсните системи. Учебник за студенти от институции за висше професионално образование. Гриф Министерство на отбраната на Руската федерация, Ершов Юрий Алексеевич. В учебника са изложени основите на физикохимията на дисперсните системи (колоидна химия) в съответствие с ориентировъчната програма по дисциплината "Физична и колоидна химия" за специалност 060301...
