Шпаргалка по "Коллоидной химии"

 все адсорбированное вещество находится в конденсированном состоянии;

 адсорбат у поверхности адсорбента образует адсорбционный объем V.

,

где Vm – молярный объем адсорбата в конденсированном состоянии.

У поверхности действует поле адсорбционных сил, интенсивность которых уменьшается с расстоянием. Для характеристики интенсивности поля введен адсорбционный потенциал ε.

Физический смысл ε – это изотермическая работа по переносу 1 моль пара адсорбата из достаточно удаленного от поверхности объема в адсорбционный объем.или это изотермическая работа по сжатию адсорбата от давления р до давления насыщения рs.

,

где рs – давление насыщенного пара адсорбата в отсутствие адсорбента;

      р – равновесное давление, т.е. давление пара адсорбата в присутствии адсорбента.

Каждой точке изотермы адсорбции соответствуют определенные значения а и р/рs, которые позволяют получить значения V и ε, т. е. найти зависимость адсорбционного потенциала от объема адсорбата на адсорбенте – потенциальную кривую адсорбции.

- потенциальная характеристическая кривая данного адсорбента

, т. е. адсорбционный потенциал от температуры не зависит.

Для данного адсорбента и адсорбата, зная изотерму адсорбции при данной температуре Т1, можно рассчитать изотерму для другой температуры Т2. .

Рассчитаем а2 и р2 для другой температуры: ,     

ê

Важная особенность потенциальных кривых была обнаружена Дубининым. Она заключается в том, что характеристические кривые для одного и того же объема адсорбента и разных адсорбатов при всех значениях объемов адсорбата в поверхностном слое находятся в постоянном отношении β: ,где β – коэффициент аффинности, ε – адсорбционный потенциал для одного адсорбата, εо – для другого.

Для данного адсорбента, имея β и зная изотерму адсорбции, можно рассчитать изотерму любого другого адсорбата на данном адсорбенте.

• Эта теория не дает уравнения изотермы адсорбции, только термодинамическое описание.

Для второго случая используют теорию БЭТ (теория Брунауэра, Эммета и Теллера).

Теория БЭТ. Согласно этой теории каждый адсорбционный центр sх связывает несколько молекул адсорбента Х, образуя цепочки:

Уравнение, описывающее адсорбцию, выглядит следующим образом:

, где  ; Кр – константа адсорбции; КL – константа конденсации.

Для нахождения констант этого уравнения на основании экспериментальных данных строят график:

• Это уравнение работает только в интервале , в котором предполагается отсутствие взаимодействия между цепочками адсорбированных молекул.

При – большая степень заполнения, возникают боковые взаимодействия между молекулами.

При – малая степень заполнения, на величину адсорбции сильно влияют энергетические неоднородности поверхности.

• теория имеет практическое значение, т. к. можно определить удельную поверхность адсорбента. , где sо – площадь, занимаемая молекулой адсорбата.

Величина а∞ зависит от энергетической равноценности поверхности и наличия пор.

Для характеристики адсорбента используется понятие «пористость» П:

 

3. Что такое  аэрозоли? Чем обусловлены их  специфические свойства и как  их разрушают?

Аэрозо́ль — дисперсная система, состоящая из мелких твёрдых или жидких частиц, взвешенных в газовой среде (обычно в воздухе). Aэрозоли делят на туманы – системы с жидкой дисперсной фазой и дымы – системы с твердыми частицами.

Классификация. По дисперсности аэрозоли с твердой дисперсной фазой разделяют на диспергационные и конденсационные аэрозоли.

Важнейшие параметры дисперсной фазы аэрозоли - объемная доля частиц φυ и их массовая доля φm, число частиц в единице объема (счетная концентрация) nр, средний размер частицы dp и ее электрический заряд.

Важнейшие свойства аэрозолей - способность частиц сохраняться во взвешенном состоянии, перемещаться преим. как единое целое и при столкновении прилипать друг к другу или к какой-либо поверхности с вероятностью, равной единице.

Особенности аэрозолей.1.- это их лиофобность и отсутствие эффективных путей стабилизации. 2- размер частиц дисперсной фазы r по порядку величины соизмерим с длиной свободного пробега молекул в газе Λм. Движение частиц определяется числом Кнудсена: Kn= Λм/2r. При Kn˂ 10-2 применимы законы механики, закон Стокса: υ=F/6πηr.

Для частиц малого размера Kn˃102, применимы законы молекулярно-кинетической теори:

υ=F/2mM* Λr/ΰM, где mM- масса молекул газа, ΰM – средняя скорость их движения, Λr- длина свободного пробега частицы.

Для большенства наиболее важных аэрозольных систем число Кнудсена имеет промежуточное значение: 10-2˂Kn ˂ 102, тогда используется формула Кеннингема:

υ=F/6πηr (1+ 1,26Kn)

Многие свойства аэрозолей связаны с особенностями дисперсионной среды — воздуха, его низкой вязкостью и малой электрической проводимостью. Лиофобность аэрозолей и высокие коэффициенты диффузии в газовой фазе обусловливают большую скорость процессов изотермической перегонки и коагуляции, следствием которых является нарушение агрегативной устойчивости системы. В реальных аэрозолях концентрация дисперсной фазы, как правило, составляет не более 108 — 106 частиц/см3. Размер частиц в большинстве аэрозолей оказывается в интервале 10~5 — 10~3 см: более крупные частицы быстро оседают, а мелкие исчезают вследствие коагуляции.

Аэрозольные частицы способны приобретать электрический заряд, если они образуются конденсацией на ионах. Незаряженные частицы могут захватывать газовые ионы, направленно движущиеся к частицам во внешнем поле или диффундирующие в среде. Диспергационные частицы могут приобретать заряд и в процессе образования - при разбрызгивании жидкостей (баллоэлектрический эффект) или распылении порошков (трибоэлектрический эффект), при освещении (фотоэффект), радиоактивном распаде и т.п.

Важнейшие процессы, происходящие в аэрозолях — седиментация, броуновское движение, коагуляция и испарение частиц.

Важнейшие оптические свойства аэрозолей — рассеяние и поглощение ими света.

Разрушение аэрозолей происходит путем:

• рассеивания под действием воздушных течений или вследствие одноименных зарядов частиц;

• седиментации;

• диффузии к стенкам сосуда;

• коагуляции;

• испарения частиц дисперсной фазы (в случае аэрозолей летучих веществ).

Инерционное осаждение проводится с помощью центробежных отделителей, называемых циклонами. Они представляют собой металлические цилиндры, в которых аэрозоль по спирали движется сверху вниз, при этом частицы оседают на стенках цилиндра, а очищенный газ по специальной трубе выводится из циклона. К инерционному осаждению можно отнести и мокрое пылеулавливание. Мокрое пылеулавливание осуществляется двумя способами:

1) для частиц с d 2-5 мкм  используют скрубберы (полые или с насадкой), мокрые циклоны, барботажные или пенные пылеулавливатели;

2) для частиц с d 2 мкм  используются скоростные пылеулавливатели.

Ультразвуковые установки используются для разрушения туманов. К недостаткам этого метода следует отнести следующее: он не разрушает сильно разбавленные аэрозоли, оставляя нескоагулированной самую вредную - высокодисперсную часть аэрозоля.

Электростатическое осаждение применяют для улавливания пылей и туманов в цементной, сернокислотной, металлургической промышленности и особенно для улавливания летучей золы из дымовых газов электростанций.

Конденсационный метод пылеулавливания. Механизм: за счет конденсации водяных паров трудноуловимый тонкодисперсный аэрозоль превращается в туман, капли которого размерами 2-5 мкм легко осаждаются простыми методами. Достоинством этого метода является то, что превратить в капли тумана можно частицы любой природы и любого размера.

 

4. С каким коллоидно-химическим явлением в организме человека связано чувство жажды? Охарактеризуйте это явление и его особенности в коллоидных системах по сравнению с истинными растворами.

С точки зрения коллоидно-химической физиологии человека его организм представляет собой сложный комплекс коллоидных систем в их постоянном динамическом взаимодействии..

Коллоиды поступают в организм в виде пищевых веществ и в процессе пищеварения превращаются в специфические, характерные для данного организма коллоиды.

ЖАЖДА – своеобразное чувство, вызывающее потребность в питье и указывающее на нарушение водного баланса организма.

Ощущение жажды связано с изменением состава крови и тканевых жидкостей. А кровь является типичными примером ткани организма, где одни коллоиды находятся внутри других.  Решающим фактором здесь, по-видимому, является повышение осмотического давления крови, возникающее в результате повышения в ней концентрации поваренной соли, мочевины и других веществ. (Осмотическое давление равно тому давлению, которое производила бы дисперсная фаза (растворенное вещество), если бы она в виде газа при той же температуре занимала тот же объем, что и коллоидная система (раствор).)

Действительно, экспериментально удается показать, что введение в кровь гипертонических растворов поваренной соли, хлористого кальция, мочевины и глюкозы вызывает ощущение жажды .

В истинных растворах, отделенных от растворителя полупроницаемой перегородкой, может быть измерено осмотическое давление, величина которого зависит от концентрации растворенного вещества и для разбавленных растворов описывается уравнением Вант Гоффа:

где С – массовая концентрация, кг/м3.

Для коллоидных систем можем записать

где n – частичная концентрация частиц/м3.

Для коллоидных систем осмотическое давление не превышает 10 Па, в то время, как для истинных растворов при с = 102 моль/м3 оно достигает 105 Па.

В нашем мозгу есть «центр жажды». Он реагирует на количество соли в крови. Когда там происходят изменения, он посылает сообщения в заднюю часть горла. Ответные сообщения оттуда возвращаются в мозг, и такая оперативная связь позволяет нам сказать, что мы чувствуем жажду.

 

Билет 6

1. Диффузия и  ее особенности в коллоидных  системах. Уравнение Эйнштейна.

Диффузией называют самопроизвольно протекающий в системе процесс выравнивания концентрации молекул, ионов или коллоидных частиц под влиянием их теплового хаотического движения.

Процесс диффузии необратим.В нижней части коллоидной системы концентрация частиц (с1) больше, чем в верхней (с2), т. е. с1 > с2. Диффузия идет из области с большей концентрацией в область меньшей (направление диффузии показано стрелкой) до выравнивания концентраций, когда с1 = с2.

Законы диффузии установил Фик по аналогии с переносом тепла или электричества:

(1), где dQ – количество продиффундировавшего вещества; D – коэффициент диффузии; dc/dx – градиент концентрации; s – площадь, через которую идет диффузия; τ – продолжительность диффузии.

Можно выразить поток диффузии: – I-й закон Фика,

где Iдиф – диффузионный поток (характеризует количество вещества, переносимое в результате диффузии за единицу времени через сечение, равное единице площади).

 D

зависит от свойств диффун-                                 единицы измерения – м2/сек.

дирующих частиц                                                                 

и среды

 

                                                        Физический смысл:

                                    D – количество вещества, переносимое  через

        единицу площади в единицу  времени при единичном градиенте концентрации

Если диффузия нестационарна , то выполняется II-й закон Фика:    (2).

Диффузия возникает, если есть градиент химического потенциала grad μ, который обусловлен градиентом концентрации

(3). Для разбавленных  растворов  .

(4), где  – сила, действующая на моль частиц.

Выразим силу F1, которая действует на одну частицу: (5)  и скорость перемещения υ в предположении сферических частиц: (6), где В – коэффициент трения Стокса: (7); r –радиус сферической частицы; η – вязкость среды.

Подставим (5) в (6): (8).

Учитывая (7), (8), I-й закон Фика и , получим уравнение Эйнштейна: (9).

Для определения коэффициента диффузии используют метод пористого диска и метод свободной диффузии.

2. Лиофильные коллоидные  системы. Условия образования и  свойства.

Дисперсные системы классифицируют по характеру взаимодействия между веществами дисперсной фазы и дисперсионной среды. Эта класссифткацтя  пригодна лишь для систем с жидкой дисперсионной средой. Под взаимодействием фаз дисперсных систем подразумевают процессы сольватации (гидратации), т. е. образование сольватных (гидратных) оболочек из молекул ДС вокруг частиц ДФ. Системы, в которых сильно выражено взаимодействие частиц дисперсной фазы с дисперсной средой, называются лиофильные. Если частицы ДФ состоят из вещества, слабо взаимодействующего со средой, системы являются лиофобными. В том случае, когда дисперсионной средой является вода, эти два класса можно называть соответственно гидрофильными и гидрофобными системами.