Материал: Коллоидная

Вопрос 1.Дисперстные системы.Классификация дс.

ДС – гетерогенная система, в которой одно вещество находится в раздробленном состоянии.

Разделяются по:

• Гетерогенность – минимум 2 вещества

• Дисперсность – одно раздробленное вещество

В дисперсной системе большая площадь раздела фаз, поэтому определяющим свойством является свойство поверхности.

Классификация ДС:

1. По размеру частиц ДФ – d, см

1. d ≥ 10^-3 – грубодисперсные

2. 10^-5 < d < 10^-3 – микрогетерогенные

3. 10^-7 < d < 1-^-7 – коллоидные

4. d ≤ 10^-7 - истинные

2. По соотношению ДФ – ДС

ДС	ДФ	Название	Пример
Г	Ж	Аэрозоль	Туман
	Тв		Смог
Ж	Г	Пены	Пивная, мыльная
	Ж	Эмульсии	Молоко, кровь
	Тв	Суспензии (золи)	Краски, пасты
Тв	Г	Тв. пена	Керамика, хлеб
	Ж	Гель	Желе
	Тв	Тв. суспензии (золи)	Сплавы, стекло

3. По взаимодействию ДФ – ДС

Лиофобные – ДФ не взаимодействует с ДС.

Лиофильные – ДФ взаимодействует с ДС и в определенных условиях не растворяется (желе).

4. По межчастичному взаимодействию

1. Свободнодисперсные – частицы не взаимодействуют друг с другом и свободно перемещаются (желе).

2. Связанодисперсные – частицы связаны друг с другом межмолекулярными силами, образуя пространственную сетку-каркас (гель).

Вопрос 2 Поверхностные явления: поверхностная энергия, поверхностное натяжение. Самопроизвольные процессы в поверхностном слое Поверхностные явления.

ПОВЕРХНОСТНАЯ ЭНЕРГИЯ

С илы, действующие на молекулы, находящиеся на разделах фаз, не скомпенсированы (сила F_2-1(cила, которая действует на молекулы со стороны жидкости) > F_2-2 (cилы, действующие со стороны газа).

Поэтому на молекулу действует результирующая сила Р, которая старается перевести молекулу внутрь фазы Р= F_1-1 - F _2-2

Чтобы образовать межфазную поверхность, нужно перевести часть молекул из объема на поверхность. Для этого необходимо совершить работу против внутреннего давления, поэтому все молекулы на поверхности раздела фаз обладают более высокой энергией. Эта энергия называется поверхностной энергией.

П оверхностное натяжение характеризуется избытком поверхностной энергии, приходящийся на 1 м² межфазной поверхности.

Поверхностное натяжение равно обратимой изотермической работе, которую надо затратить, чтобы увеличить площадь интерфазной поверхности на единицу.

1) U,Т= const

- =- df => = dF/ dS_1,2 => dF= dS_1,2

2) P,T=const

dG= - A => = - => dG= dS_1,2

САМОПРОИЗВОЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ПОВЕРХНОСТНОМ СЛОЕ

1)V,T,n=const

F= S (1)

2)P,T, n=const

G= S(2)

Дифференцируем 1 и 2:

dF= dS+Sd

dG= dS+Sd

Самопроизвольно, когда:

dF<0, dG<0

dS+Sd <0

1. индивидуальных в-в = const (d =0)

Пример: слипание частиц, стремление капель к сферической форме, рост кристалла.

2) Адсорбция – процесс самопроизвольный.

В ОПРОС 3. АДСОРБЦИЯ: количественные характеристики и классификация

Адсорбция-это самопроизвольное изменение концентрации компонента в поверхностном слое по сравнению с его концентрацией в объеме.

Адсорбция ↔ десорбция

КОЛИЧЕСТВЕНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АДСОРБЦИИ:

1. Избыточная или гиббсовская адсорбция (Гj) Гj = , где Ci^s – концентрация на поверхности, Ci – концентрация в объеме, V – объем поверхностного слоя (считается 2-ухмерным), S_1,2 – площадь поверхности раздела фаз. Так как CmV = ν, то Гj= , [моль/дм²]

2. Абсолютная адсорбция Ci^s >> Ci и νi^s >> νi – хорошо адсорбируется. Ai = [моль/дм²]

3. Удельная адсорбция В тех случаях, когда поверхность трудно измерить, количество вещества относится к массе адсорбента αi = , αi = Для адсорции газов вместо количества вещества используют (ν – V) Различают положительную и отрицательную адсорбцию: Г, А, α > 0 и Г, А, α < 0

КЛАССИФИКАЦИЯ АДСОРБЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ

1. Физическая адсорбция Обусловлена силами межмолекулярного взаимодействия Молекула не полярна - дисперсионные взаимодействия Молекула полярна – индукционные, ориентационные, дисперсионные взаимодействия Особенности:

• Обратимость Адсорбция ↔ десорбция C+CO₂ = C*CO₂,

(C+CO₂ – адсорбент, C*CO₂ – адсорбционный комплекс).

• Малая специфичность На полярных адсорбентах адсорбируются полярные, на неполярных - не полярные.

• Малая теплота адсорбции ΔH_адс ≈ 8 – 40 кДж/моль

• При повышении температуры адсорбция уменьшается T↑→адс↓

2. Химическая адсорбция Между адсорбентом и адсорбтивом силы взаимодействия химические (в результате хим. Реакции образуется новое хим. вещество) Особенности:

• Необратимость 2C+O₂ → C*CO₂ C*CO₂ → C+CO₂

• Специфичность - возможна тогда, когда есть химическая реакция

• Высокая теплота адсорбции ΔH_адс = 800 – 1000 кДж/моль

Повышение теплоты способствует адсорбции T↑→адс↑

Вопрос 4. Адсорбция на границе «жидкий раствор - газ». Пав (ориентация молекул пав в поверхностном слое), пив. Уравнение адсорбции Гиббса. Теория мономолекулярной адсорбции Ленгмюра.

Адсорбция на границе «жидкий раствор - газ»

О собенности:

• Поверхность жидкости однородна;

• Молекулы адсорбтива могут свободно перемещаться;

• Можно пренебречь силовым полем газовой фазы;

1. Вещества, способные понижать поверхностное натяжение, называют поверхностно-активные вещества (ПАВ) (это спирты, амины, жирные кислоты, соли жирных кислот)

ПАВ

1. Поверхностно-инактивные вещества (ПИВ) – сильные электролиты (соли, кислоты).

ПИВ (сигма)

2. поверхностно неактивные вещества - те вещества, у которых много функциональных групп (С₁₂ H₂₂ O₁₁)  - не меняет

У равнение адсорбции Гиббса

- (слабый электролит)

• (сильный эл-т)

И зотерма адсорбции (T=const) Г=f(C)

Г∞- предельная адсорбция

СГГ_∞, т.к. адсорбция мономолекулярна, она зкаканчивается.

Теория мономолекулярной адсорбции Ленгмюра

О сновные положения:

1. адсорбция мономолекулярна;

2. При адсорбции устанавливается динамическое равновесие

Адсорбция  десорбция

3. Уравнение: C- конц. в-ва, К- const адсорб., Г_∞- предельная адсорб.

В опрос 5. Адсорбция газов и паров на поверхности твердых тел. Теория мономолекулярной адсорбции Ленгмюра. Теория полимолекулярной адсорбции БЭТ. Зависимость адсорбции газов от свойств адсорбента.

Адсорбция газов и паров на поверхности твердых тел.

ГТв.

Особенности: 1) поверхность имеет сложный неоднородный характер

2. а дсорбция происходит только на активных центрах, а не на всей поверхности 3)Адсорбция обратима. (Адсорбция  десорбция) 4)Поверхность адсорбента может быть пористой, наличие пор приводит к капиллярной конденсации 5)Наряду с адсорбцией (поверхностный процесс) может происходить поглощение газов или паров всем объемом твердого вещества. Это явление называется абсорбция.

a - абсолютная абсорбция

m _i - масса абсорб. вещ-ва

Величина зависит от температуры, концентрации или давления газа, природы твёрдого тела, природы газа

Температура не способствует физ. адсорбции.

Теория мономолекулярной адсорбции Ленгмюра. Допущение:

В основе этой теории лежат представления о том, что поверхность адсорбента представляет собой набор энергетически одинаковых активных центров.

1. На одном центре адсорбируется только одна молекула адсорбтива.

2. Адсорбция мономолекулярна.

3. Адсорбирующие центры энергетически эквивалентны.

4. Адсорбирующие молекулы не взаимодействуют друг с другом.

a =a∞ – выражение теории Ленгмюра.

В линейном виде: P/a=P/a∞+1/Ka∞

Теория полимолекулярной адсорбции БЭТ

• адсорбция не мономолекулярна. Заполнение монослоя продолжается. =>>

Теория полимолекулярной адсорбции (Брунауэр, Эимет, Теллер – БЭТ):

1. На поверхности адсорбента имеется определенное число энергетически равноценных активных центров.

2. Каждая молекула монослоя первого слоя – АЦ для дальнейшей адсорбции, что приводит к образованию 2, 3 и тд слоев. Образование следующего слоя возможно при незаполненном первом.

3. Взаимодействие соседних молекул в рамках одного слоя пренебрегают.

4. Молекулы адсорбента во 2 и последних слоях подобны молекулам жидкости и отличаются от первослоя.

Уравнение БЭТ:

a= , где Ps – давление насыщенного пара, P/Ps – относительное давление пара, С – отношение константы равновесия к константы диссоциации (Кс/Кд).

Зависимость адсорбции газов от свойств адсорбента:

Адсорбенты делятся на:

1. С гладкой поверхностью

2. Пористые

Не пористые адсорбенты. Адсорбция на них зависит:

• От сродства адсорбента к адсорбтиву => полярные адсорбенты адсорбируют неполярные в-ва.