Розподіл навчальних годин з дисципліни «Поверхневі явища» icon

Розподіл навчальних годин з дисципліни «Поверхневі явища»




НазваРозподіл навчальних годин з дисципліни «Поверхневі явища»
Сторінка5/5
Дата13.11.2012
Розмір0.68 Mb.
ТипДокументи
1   2   3   4   5
2.2.3. Електричні властивості колоїдних розчинів

Електричні властивості колоїдних розчинів повязані з наявністю подвійного електричного шару і заряду у колоїдних частинок.

Подвійний електричний шар у колоїдних частинок може утворюватись внаслідок вибіркової адсорбції іонів стабілізатора (утворення золю AgI) або в результаті гідролізу та дисоціації поверхневих молекул агрегату (утворення золю SiO2). Він складається з іонів одного знаку, відносно міцно звязаних з агрегатом, і еквівалентної кількості протиіонів, які знаходяться у рідкому дисперсійному середовищі поблизу міжфазної поверхні поділу. Протиіони можуть наблизитись до межі поділу фаз на відстань, що відповідає радіусу іона.

Відповідно до теорії Штерна протиіони не можуть бути зосередженими тільки біля міжфазної поверхні і утворювати моноіонний шар. Вони розсіяні у рідині на деякій відстані від поверхні поділу. Потенціалвизначаючі іони нерухомо закріплені у площині межі поділу твердої і рідкої фаз. Вони утворюють внутрішню обкладку, а протиіони – зовнішню обкладку. Протиіони, які утримуються поблизу поверхні поділу за рахунок сумісної дії сил електростатичного притягання та специфічної адсорбції, утворюють адсорбційну частину зовнішньої обкладки. Протиіони, що необхідні для повної компенсації поверхневого заряду, утворюють дифузійну частину зовнішньої обкладки подвійного електричного шару.

Основною характеристикою подвійного електричного шару є потенціал поля φ – робота перенесення одиниці заряду з даної точки поля у середині подвійного шару в глибину обєму рідини, де концентрація позитивних і негативних зарядів однакова. Потенціал на поверхні поділу фаз називається поверхневим – φs. Він складається зі стрибка потенціалу в щільній частині (φ0) і стрибка потенціалу в дифузній частині подвійного електричного шару (φδ)

φs = φ0 + φδ . (2.18)

З електричними властивостями колоїдних систем повязані електрокінетичні явища: електрофорез і електроосмос.

Електрофорез – це явище переміщення частинок дисперсної фази в дисперсійному середовищі під дією зовнішнього електричного поля.

Електроосмос – це явище переміщення дисперсійного середовища відносно нерухомої дисперсної фази ( через пористі діафрагми, мембрани, шари дрібних частинок) під дією зовнішнього електричного поля.

При переміщенні в електричному полі колоїдна частинка захоплює з собою адсорбційний шар рідини, яка вміщує частину протиіонів, що міцно звязані з ядром колоїдної частинки. Відповідно до теорії подвійного елек- тричного шару, рух рідини відбувається не по твердій поверхні беспосередньо, а трохи далі, за межами нерухомого (адсорбційного) шару в площині, яку називають площиною сковзання. Через це електрокінетичні явища визначаються не загальним зарядом і потенціалом поверхні, а зарядом і потенціалом у площині сковзання. Різниця потенціалів між рухомою (дифузійною) і нерухомою (адсорбційною) частинами подвійного електричного шару називається електрокінетичним потенціалом або дзета-потенціалом (ξ). У розбавлених розчинах ξ-потенціал близький до значення φδ.

Величина дзета-потенціалу залежить від природи електроліту і заряду іона. Розрахувати електрокінетичний потенціал можна за рівнянням

ξ = , (2.19) де η - вязкість розчину; ε –діелектрична стала; u – електрофоретична рухливість – лінійна швидкість руху частинок при одиничному градієнті потенціалу зовнішнього електричного поля.

Електрокінетичний потенціал характеризує агрегативну стійкість колоїдних частинок, тобто здатність зберігати постійну ступінь дисперсності.
2.2.4. Агрегативна стійкість і коагуляція колоїдних розчинів

Агрегативна стійкість колоїдних систем обумовлена електростатичним відштовхуванням однойменно заряджених частинок, дією сил неелектростатичного характеру, звязаних з наявністю сольватних оболонок на поверхні частинок, та розклинюючою дією середовища. Великий вплив на агрегативну стійкість дисперсних систем має співвідношення міжмолекулярних сил притягання і сил електростатичного відштовхування.

Порушення агрегативної стійкості колоїдних розчинів у бік збільшення частинок внаслідок їх злипання під дією молекулярних сил притягання називається коагуляцією. Коагуляція колоїдних частинок може бути викликана старінням системи, зміною концентрації дисперсної фази, температури, введенням колоїдних частинок протилежного знаку заряду або електролітів.

Найбільш важливою є коагуляція колоїдів електролітами. Експериментально встановлені закономірності коагуляції, відомі під назвою правил коагуляції. Основними з них є:

^ 1. Будь-який електроліт, введений в певній кількості, може визвати коагуляцію ліофобного золю.

2. Для початку коагуляції необхідно, щоб концентрація електроліту перевищила деяку мінімальну величину, яку називають порогом коагуляції (СК). Поріг коагуляції – це мінімальна кількість електроліту, необхідна для швидкої коагуляції 1 м3 золю. Розрахувати поріг коагуляції можна за рівнянням

СК = , (2.20)

де n – кількість моль-еквівалентів електроліту доданого до колоїдного розчину, яку визначають за формулою

n=; (2.21)

Vзаг. – загальний обєм золю і доданого електроліту.

Тоді СК = , (2.22)

де Vел. – обєм електроліту, мл; Vз. – обєм золю, мл.

3. Коагулюючою дією володіє лише той іон електроліту, заряд якого протилежний заряду колоїдної частинки. Чим більше заряд іону, тим сильніша його коагулююча здатність. Ця закономірність була встановлена Шульце і Гарді. Залежність порога коагуляції ліофобних золів від заряду іона описується рівнянням

СКІ : СКІІ : СКІІІ = 1 : . (2.23)

Коагулююча здатність іонів однакового заряду зростає зі збільшенням радіуса іона.

^ 4. Коагулююча дія органічних іонів зростає зі збільшенням адсорбційної здатності.

5. При коагуляції спостерігається зниження електрокінетичного потенціалу до критичної величини (~0,03 В).

Певне значення має взаємна коагуляція колоїдних розчинів. Будь-який стійкий золь можна розглядати як електроліт, у якого один з іонів має великий заряд і масу. При змішуванні двох колоїдних розчинів відбувається їх взаємна коагуляція. При цьому загальна кількість позитивних зарядів у частинок одного колоїдного розчину повинна дорівнювати загальній кількості негативних зарядів у частинок другого колоїда. Але електростатичне притягання частинок – не єдина умова взаємної коагуляції колоїдних розчинів. Можливо, що між частинками колоїдів виникає адсорбційна і хімічна взаємодія, бо коагулювати можуть і однойменно заряджені золі, які розрізняються природою дисперсної фази і складом іонної атмосфери.

Дуже часто треба не зруйнувати, а захистити колоїдні розчини від коагуляції. Невеликі добавки поверхнево-активних речовин впливають на агрегативну стійкість колоїдних систем. У ряді випадків відбувається пептизація дисперсної фази, тобто збільшення кількості дрібних частинок, що беруть участь у створенні коагуляційної структури. В інших випадках, наприклад, у процесі кристалізації молекули поверхнево-активної речовини вибірково адсорбуються на гранях виникаючих зародків нової фази, змінюють форму кристалів і уповільнюють їх зростання. Цей ефект адсорбційного модифікування приводить до підвищення дисперсності.

В якості поверхнево-активних речовин для стабілізації золей використовують желатин, казеін, крохмаль, гемоглобін тощо.


^ Розвязання типових задач

Задача 1. У пробірки, що містять по 10 мл золю, додали: у першу – 1мл 0,1н. розчину Al(NO3)3, у другу – 3 мл 1н. розчину Ca(NO3)2, у третю – 5 мл 10н. розчину KNO3. В усіх пробірках відбулася коагуляція. Визначте, який заряд мали частинки золю.

Розвязання. Визначимо пороги коагуляції електролітів за рівнянням (2.22)

СК = .

Тоді СК,1 =

СК,2 =

СК,3 =

Таким чином, пороги коагуляції Al(NO3)3, Ca(NO3)2 і KNO3 відповідно дорівнюють 9,09. 10-3; 0,23; 3,33 моль-екв/л. Оскільки аніони в усіх електролітів однакові, а пороги коагуляції різні, то коагулюючими іонами будуть катіони електролітів. Отже, частинки золю мають негативний заряд.

Задача 2. Визначте, скільки мілілітрів 1н. розчину CaCl2 необхідно взяти для коагуляції негативно зарядженого золю, якщо коагуляція даного золю може бути визвана 100 мл 1н. розчину NaCl.

Розвязання. Оскільки частинки золю мають негативний заряд, то коагулюючими іонами будуть катіони електролітів, які мають різні заряди. Визначимо кількість моль-еквівалентів NaCl, що визиває коагуляцію золю за формулою (2.21)

nNaCl =

Знаючи, що СКІ : СКІІ = 1 : , розрахуємо кількість моль-еквівалентів CaCl2, яка визиватиме коагуляцію золю.

.

Звідси



Обєм CaCl2, який визиватиме коагуляцію золю, визначимо за рівнянням



Задача 3. Розрахуйте, який обєм 0,1н. розчину AlCl3 треба взяти для коагуляції золю AgI (стабілізатор – AgNO3), якщо на його коагуляцію витрачено 5 мл 0,2н. розчину CaCl2.

Розвязання. Визначимо заряд колоїдних частинок, для чого напишемо формулу міцели золю AgI.

{[mAgI] n Ag+(n-x) NO3-}+xNO3-.

Колоїдні частинки золю мають позитивний заряд. Тоді коагулюючими іонами електролітів будуть аніони.

Розрахуємо кількість моль-еквівалентів CaCl2, яка визиває коагуляцію золю.



Оскількі аніони обох електролітів мають однаковий заряд, то поріг коагуляції AlCl3 буде дорівнювати порогу коагуляції CaCl2. Обєм розчину AlCl3 визначимо за рівнянням




^ Задачі для та контрольних робіт

1. Коагуляція золю AgI (стабілізатор KI) відбувається при додаванні 15мл 0,01н. розчину Al(NO3)3. Визначте, який обєм 0,01н. розчину Ca(NO3)2 треба додати, щоб визвати коагуляцію цього золю.

2. Щоб визвати коагуляцію 10 мл золю, додали в першому випадку 20мл 0,5н. розчину NaCl, у другому – 12 мл 0,05н. розчину K2SO4, у третьому – 0,5 мл 0,01н. розчину K3PO4. Визначте, який заряд мають частинки золю.

3. Який обєм 0,1н. розчину Al2(SO4)3 треба додати для коагуляції 10мл золю Al2S3? Поріг коагуляції дорівнює 19,35.10-3 моль-екв/л.

4. Для коагуляції золю {[mAgI] n Ag+(n-x) NO3-}+xNO3- необхідно додати 1,5 мл 1н. розчину KNO3. Визначте, який обєм 0,1н. розчину Ca(NO3)2 або 0,01н. розчину Al(NO3)3 треба додати, щоб визвати коагуляцію золю.

5. Визначте, який обєм 1н. розчину AlCl3 або 1н. розчину CaCl2 необхідно узяти для коагуляції золю з негативно зарядженими частками, якщо його коагуляція була визвана 10 мл 0,1н. розчину KCl.

6. Визначте орієнтовний поріг коагуляції золю 1н. розчином AlCl3, якщо для коагуляції 20 мл цього золю знадобилось 10 мл 0,1н. розчину CaCl2 або 10 мл 1н. розчину KCl.

7. Визначте, який обєм 1н. розчину К3РО4 треба додати, щоб відбулася коагуляція золю, якщо для коагуляції певної кількості даного золю знадобилось 5 мл 0,1н. розчину К2SO4 або 2 мл 0,25н. розчину KCl. Який заряд мають колоїдні частинки золю?

8. Коагуляція золю АgІ (стабілізатор КІ) відбулася при додаванні 0,1мл 0,5н. розчину Al(NO3)3. Який обєм 0,01н. розчину Ca(NO3)2 або 1н. розчину KNO3 треба додати, щоб відбулась коагуляція цього золю?

9. Знайдіть орієнтовний поріг коагуляції золю NiS (стабілізатор Н2S) 1н. розчином Al(NO3)3, якщо для коагуляції 10 мл цього золю знадобилось 5мл 0,1н. розчину Сa(NO3)2 або 5 мл 1н. розчину NaCl.

10. Який обєм 0,01н. розчину K2Cr2O7 треба додати до 1 л золю Al2O3, щоб визвати його коагуляцію? Поріг коагуляції золю дорівнює .

11. У скільки разів зменшиться поріг коагуляції золю As2S3, якщо для коагуляції 10 мл золю замість 1,2 мл 0,5н. розчину NaCl узяти 0,4 мл 0,036н. розчину MgCl2 або 0,1 мл 0,01н. розчину AlCl3?

12. На коагуляцію 30 мл золю NiS (стабілізатор H2S) пішло 6 мл 3н. розчину K2SO4. Розрахуйте поріг коагуляції цього золю розчином Al2(SO4)3.

13. Визначте обєми електролітів, необхідних для коагуляції золю Fe(OH)3 (стабілізатор NaOH), якщо замість 10 мл 0,1н. розчину KCl узяти 1н. розчин СaCl2 або 1н. розчин AlCl3.

14. Щоб визвати коагуляцію золю Fe(OH)3, до 10 мл золю додали у першому досліді 1,05 мл 1н. розчину КСl, у другому – 6,25 мл 0,01н. розчину Na2SO4, а у третьому – 3,7 мл 0,001н. розчину Na3PO4. Визначте знак заряду частинок золю.

15. На коагуляцію 20 мл негативно заряджених частинок золю пішло 4мл 3н. розчину КСl. Розрахуйте пороги коагуляції золю розчинами KCl та AlCl3. Скільки KCl та AlCl3 (кг) потрібно для коагуляції 100 м3 цього золю?

16. Для коагуляції 5 мл золю треба відповідно по 5 мл 1,8н. розчину KCl, 0,08н. розчину CaCl2 і 0,006н. розчину AlCl3. Визначте заряд колоїдних частинок.

17. Визначте обєм 0,01н. розчину K2Cr2O7, який треба додати до 1 л золю Al(OH)3, щоб визвати його коагуляцію. Поріг коагуляції цього золю дорівнює 0,63.10-3 кмоль/м3.

18. У три колби було налито по 100 мл золю Fe(OH)3. Для коагуляції цього золю у першу колбу додали 10,5 мл 1н. розчину KCl, в другу – 62,5мл 0,01н. розчину Na2SO4, у третю – 37 мл 0,001н. розчину Na3PO4. Визначте знак заряду частинок золю.

19. Для коагуляції золю Fe(OH)3 до 5 мл золю необхідно додати 4 мл 3н. розчину NaCl або 0,5 мл 0,01н. розчину Na2SO4. Визначте знак заряду частинок золю.

20. Визначте обєм 0,1н. розчину Na3PO4, який треба додати, щоб відбулася коагуляція золю. Відомо, що для коагуляції цього золю знадобилось 10 мл 0,1н. розчину Na2SO4 або 5 мл 0,2н. розчину NaCl. Який заряд мали частинки золю?

21. Для коагуляції золю CoS (стабілізатор H2S) знадобились 10 мл 0,1н. розчину NaCl. Визначте обєми 1н. розчинів FeCl3 і CaCl2, які необхідні для коагуляції цього золю.

22. Гідрозоль AgI отримали шляхом змішування рівних обємів 0,008н. розчину KI і 0,01н. розчину AgNO3. Коагуляція отриманого золю відбувається при додаванні 8 мл 0,1н. розчину KCl. Визначте обєм 0,2н. розчину CaCl2, який треба додати до золю, щоб відбулася його коагуляція.

23. Для коагуляції 15 мл золю знадобилось 10 мл 1н. розчину NaNO3, 3мл 1н. розчину Ca(NO3)2 та 3 мл 0,1н. розчину Fe(NO3)3. Визначте заряд колоїдних частинок золю.

24. Визначте обєм 1н. розчину NaNO3, який треба додати до золю Ca(OH)2 (стабілізатор КОН), щоб визвати коагуляцію цього золю. Відомо, що його коагуляція відбувається при додаванні 2 мл 1н. розчину MgCl2.

25. Знайдіть орієнтовний поріг коагуляції золю 1н. розчином Fe(NO3)3, якщо відомо, що для коагуляції 10 мл цього золю знадобилось 5мл 0,1н. розчину Ca(NO3)2 або 5 мл 1н. розчину NaNO3.


^ РЕКОМЕНДОВАНА ЛІТЕРАТУРА


1. Фридрихсберг Д.А. Курс коллоидной химии. – М.: Химия, 1984. – 386с.

2. Фролов Ю.Г. Курс коллоидной химии. – М.: Химия, 1982. – 400с.

3. Воюцкий С.С. Курс коллоидной химии. – М.: Химия, 1975. – 512с.

4. Масленко С.Н., Баркалов В.С., Щеглова І.С. Поверхневі явища та дисперсні системи. Конспект лекцій. – Дніпропетровськ, НМетАУ, 2003. – 46с.

5. Камкіна Л.В., Масленко С.М., Шевченко Г.І. та інші. Фізична хімія. Розділ «Поверхневі явища та дисперсні системи». Навчальний посібник. – Дніпропетровськ, НМетАУ, 2007. – 51с.

6. Методические указания к лабораторным работам (разделы: Поверхностные явления и электрохимия). Днепропетровск, ДМетИ, 1988.

7. Методические указания по выполнению лабораторних работ по дисциплине «Коллоидная химия» для студентов всех спеціальностей. Днепропетровск, ДМетИ, 1985.

8. Методические указания и задания для самостоятельной работы по дисциплине «Коллоидная химия» для студентов всех специальностей. Днепропетровск, ДМетИ, 1990.


ЗМІСТ

Стор.


Розподіл навчального навантаження . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

Зміст дисципліни «Поверхневі явища». . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3

ВСТУП . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5

1. ПОВЕРХНЕВІ ЯВИЩА . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6

1.1. Адсорбція . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7

1.2. Змочування . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

2. ДИСПЕРСНІ СИСТЕМИ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21

2.1. Колоїдні розчини. Будова колоїдних міцел . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21

2.2. Властивості колоїдних розчинів . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .28

2.2.1. Оптичні властивості колоїдних розчинів . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

2.2.2. Молдекулярно – кінетичні властивості колоїдних розчинів . . . . . 39

2.2.3. Електричні властивості колоїдних розчинів . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

2.2.4. Агрегативна стійкість і коагуляція колоїдних розчинів . . . . . . . . .45

РЕКОМЕНДОВАНА ЛІТЕРАТУРА . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .52


Робоча програма


Масленко Світлана Миколаївна

Величко Валерій Васильович

Великонська Наталія Михайлівна


РОБОЧА ПРОГРАМА,

методичні вказівки та індивідуальні завдання

до вивчення дисципліни «Поверхневі явища»

для студентів напряму 0916 –

хімічна технологія та інженерія

заочної форми навчання


Національна металургійна академія України

49600, м. Дніпропетровськ – 5, пр. Гагаріна, 4

______________________________________

Редакційно – видавничий відділ НМетАУ

1   2   3   4   5

Схожі:

Розподіл навчальних годин з дисципліни «Поверхневі явища» iconРозподіл навчальних годин з дисципліни «Поверхневі явища»
Рівняння Ленгмюра. Адсорбція на межі поділу газ – рідина. Поверхневий натяг, його зв'язок з адсорбцією. Рівняння Гіббса, Шишковського....
Розподіл навчальних годин з дисципліни «Поверхневі явища» iconРозподіл навчальних годин дисципліни «Металургія чавуну та сталі»
Розподіл навчальних годин дисципліни «Металургія чавуну та сталі» за напрямом 050402 ливарне виробництво
Розподіл навчальних годин з дисципліни «Поверхневі явища» iconРозподіл навчальних годин дисципліни «Технологія металургійного виробництва» за напрямом 050702- електромеханіка

Розподіл навчальних годин з дисципліни «Поверхневі явища» iconРозподіл навчальних годин дисципліни «Технологія металургійного виробництва» за напрямом 050702- електромеханіка

Розподіл навчальних годин з дисципліни «Поверхневі явища» iconРозподіл навчальних годин дисципліни «Металургія чавуну та сталі» за напрямом 050402 ливарне виробництво

Розподіл навчальних годин з дисципліни «Поверхневі явища» iconМетодичні вказівки до виконання лабораторного практикуму з дисципліни "Поверхневі явища І дисперсні системи" для студентів напряму
Вступ
Розподіл навчальних годин з дисципліни «Поверхневі явища» iconМодуль Поверхневі явища. Дисперсні системи. Високомолекулярні речовини та їх розчини Донецьк 2011
Модуль Поверхневі явища. Дисперсні системи. Високомолекулярні речовини та їх розчини
Розподіл навчальних годин з дисципліни «Поверхневі явища» icon1 вступ 4 2 розподіл навчальних годин з дисципліни «історія менеджменту» 5 3 зміст дисципліни 5
Навчальна програма розроблена для студентів денної та заочної форми навчання та поєднує в собі робочу програму курсу, завдання та...
Розподіл навчальних годин з дисципліни «Поверхневі явища» iconОрієнтовний розподіл навчальних годин на вивчення розділів програми

Розподіл навчальних годин з дисципліни «Поверхневі явища» icon1 розподіл навчальних годин з дисципліни ”маркетинг”
Метою викладання дисципліни «Маркетинг» є формування у майбутніх менеджерів сучасної системи поглядів та спеціальних знань у галузі...
Додайте кнопку на своєму сайті:
Документи


База даних захищена авторським правом ©zavantag.com 2000-2013
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання відкритою для індексації.
звернутися до адміністрації
Документи