Контрольная работа на тему Коллоидная химия

Содержание:

1.Свободнодисперсные
и связаннодисперсные, лиофильные и лиофобные системы, суспензоиды и
молекулярные коллоиды. Истинные растворы и коллоидные системы. 2

2.Что
такое дисперсионный анализ? На определение каких параметров направлен
дисперсионный анализ высоко-, средне-, а также грубодисперсных систем?  5

3.Опишите
устройство ультрацентрифуги. Для каких целей можно использовать ультрацентрифугирование?. 7

4.Адсорбция
на границе твердое тело-раствор. Ионообменная адсорбция, уравнение Никольского. 10

5.Связь
между адсорбцией Гиббса и Ленгмюра. Уравнение Шишковского. 12

6.Пены:
получение, свойства, разрушение. 14

Список
использованной литературы.. 20

Введение:

Заключение:

Фрагмент текста работы:

1.Свободнодисперсные и связаннодисперсные, лиофильные и лиофобные
системы, суспензоиды и молекулярные коллоиды. Истинные растворы и коллоидные
системы Дисперсная система — образования,
состоящие из двух или более фаз (тел) с высокоразвитым интерфейсом между ними.
В дисперсных системах, по крайней мере, одна из фаз — дисперсная фаза —
распределяется в виде мелких частиц (кристаллов, нитей, пленок или тромбоцитов,
капель или пузырьков) в другой, непрерывной фазе, дисперсионной среде. По своей
основной характеристике — размерам частиц , или дисперсности (которая
определяется отношением общей площади межфазной поверхности к объему дисперсной
фазы) — дисперсные системы делятся на крупнодисперсные и мелкодисперсные
(высокодисперсные) , или коллоидные системы (коллоиды).

В крупнодисперсных системах
частицы имеют размеры 10-4 см; в коллоидных системах размер частиц
варьируется от 10 -4 -10 -5 до 10 -7 см. По
данным на государство в агрегации из — за дисперсии среды, а различие — это
сделали среди газообразных систем, таких как аэрозоли (туман и дым) и пыли;
жидких систем, таких как золи, суспензии, эмульсии и пены; и твердых систем,
такие как стекловидный или кристаллические тела с включениями из очень тонких
твердых частиц, жидких капель или газовых пузырьков (см. таблицу 1). Пыль,
суспензии и лиофобные эмульсии представляют собой грубодисперсные системы. Как
правило (при наличии разности плотностей), эти системы неустойчивы по отношению
к осадконакоплению—т. е. их частицы осаждаются под действием силы тяжести или
всплывают на поверхность. Золи представляют собой типичные высокодисперсные
коллоидные системы, частицы (мицеллы) которых принимают участие в броуновском
движении и поэтому являются седиментационно стабильными. Жидкие и твердые пены,
состоящие из газовых ячеек или пузырьков , разделенных тонкими слоями
непрерывной фазы, представляют собой отдельную группу структурированных
клеточных систем.

Содержание:

Введение. 3

1.Каким
образом определяется размер частиц дисперсных систем? Дайте понятие
монодисперсных и полидисперсных систем. 4

2.Что изучает
молекулярно-кинетическая теория? В каких явлениях проявляются
молекулярно-кинетические свойства дисперсных систем?. 7

3.Дайте
силовое и энергетическое определение поверхностного натяжения. Поясните, за
счет чего возникает поверхностное натяжение. 12

4.Особые
случаи коагуляции: чередование зон устойчивости, совместное действие
электролитов, сенсибилизация, коллоидная защита. 15

5.Коллоидные
ПАВ. Критическая концентрация мицеллообразования. Точка Крафта  18

6.Строение
адсорбционного слоя на границе раствор-газ. Поверхностные пленки. Уравнение
состояния двухмерного газа. 20

Заключение. 23

Список
использованной литературы.. 24

Введение:

Коллоидная химия является
признанным традиционным названием науки о дисперсном веществе, уделяя особое
внимание роли явлений, происходящих на межфазных границах.

Целью коллоидной химии
является раскрытие структурных характеристик и свойств систем (и процессов,
которые в них происходят), связанных с их дисперсным состоянием. Роль
коллоидной химии в изучении свойств реальных сложных объектов во многом
определяет ее место как дисциплины, завершающей химическое образование.

Использование коллоидов
все чаще используется в медицинской практике.

Цель работы: ответить на
поставленные вопросы.

Задачи: 1.Каким образом
определяется размер частиц дисперсных систем? Дайте понятие монодисперсных и
полидисперсных систем;

2.Что изучает
молекулярно-кинетическая теория? В каких явлениях проявляются
молекулярно-кинетические свойства дисперсных систем?

3.Дайте силовое и энергетическое
определение поверхностного натяжения. Поясните, за счет чего возникает
поверхностное натяжение;

4.Особые случаи
коагуляции: чередование зон устойчивости, совместное действие электролитов,
сенсибилизация, коллоидная защита;

5.Коллоидные ПАВ. Критическая
концентрация мицеллообразования. Точка Крафта;

6.Строение адсорбционного
слоя на границе раствор-газ. Поверхностные пленки. Уравнение состояния
двухмерного газа.

Заключение:

Коллоидные дисперсные
системы (дисперсии) представляют собой микрогетерогенные образования, в которых
тонкоизмельченное вещество — дисперсная фаза — равномерно распределено
(диспергировано) в другой фазе — дисперсионной среде. В коллоидных системах
размер частиц дисперсной фазы составляет 10-9-10-7 мкм,
т.е. он находится в диапазоне от нанометров до долей микрометров. Эта область
превышает размер типичной маленькой молекулы, но меньше, чем размер объекта,
видимого в обычном оптическом микроскопе.

Рассеянное состояние
вполне универсально, и в соответствующих условиях любой организм может войти в
него. Это определяет особое положение коллоидной химии — науки, которая изучает
коллоидные системы и их поверхностные явления, развитие которых осуществляется
в непосредственном контакте и взаимодействии со многими, часто не связанными,
областями науки, промышленности, медицины и сельского хозяйства.

Важный вклад в изучение
коллоидных систем организма человека внесли работы Л. Михаэлиса, Г. Шаде, В.
Оствальда, П. Ребиндера, Ф. Хофмайстера, Э. Абдергальдена, Г. Фрейндлиха и
других.

Глобальная роль коллоидов
заключается в том, что они являются основными компонентами таких биологических
объектов, как живые организмы. Все вещества человеческого организма являются коллоидными
системами.

Коллоиды попадают в
организм в виде питательных веществ, а во время пищеварения они превращаются в
специфические коллоиды, подходящие для данного организма.

Фрагмент текста работы:

.Каким образом определяется размер частиц
дисперсных систем? Дайте понятие монодисперсных и полидисперсных систем Дисперсные системы
представляют собой гетерогенные, преимущественно микрогетерогенные системы,
состоящие по меньшей мере из двух фаз, одна из которых находится в дисперсном
(фрагментированном) состоянии. Как правило, фрагментированная (дисперсная)
часть системы называется дисперсной фазой; непрерывный (непрерывный), в котором
находится фрагментированная фаза, посредством дисперсии.

Основной количественной
характеристикой является линейный (поперечный) размер частиц дисперсной фазы.
Размерность этой величины в системе СИ составляет метр, [а] = м, но, поскольку
мы говорим об очень маленьких частицах, мы используем префиксы micro, nano и
другие. Для сферических частиц линейный размер — это диаметр (радиус) сферы;
для кубических частиц — длина ребра куба [10].

Фрагментация системы
количественно характеризуется дисперсией D — обратной величиной линейной
величины, т.е. D = Размерность дисперсности [D] = м, см-1, мм1
и другие.

Дисперсные системы,
имеющие частицы одинакового размера, называются монодисперсными; с
неодинаковыми — полидисперсными. Реальные системы обычно полидисперсны, их
свойства определяются степенью фрагментации вещества и типом распределения
частиц по размерам.

Важным показателем
дисперсной системы является удельная поверхность K0T0Raya, обычно выражаемая
как отношение общего

Граница раздела
дисперсной фазы 1 с дисперсионной средой 2 (граница раздела) s1,2 с общим
объемом этих частиц V: Размерность удельной
поверхности [s] = м *, см1 или мм.

Содержание:

1. Третий период, который выделяют в истории коллоидной химии – это развитие современной коллоидной химии. Укажите два предыдущих периода и назовите основные этапы и имена ученых, с которыми связан третий период. Чему были посвящены их работы 2
2. Насколько правильно относить пептизацию к диспергационным методам? Какие виды пептизации Вам известны 4
3.Какую информацию дают интегральная и дифференциальная кривые распределения частиц дисперсной фазы по размерам 7
4.Теории строения двойного электрического слоя (Гельмгольца-Перрена, Гуи-Чепмена, Штерна) 8
5.Влияние различных факторов на электрокинетический потенциал – влияние индифферентных электролитов. 14
6.Растекание жидкости. Эффект Марангони. Межфазное натяжение на границе между двумя взаимно насыщенными жидкостями. Правило Антонова 15
Список использованной литературы 18

Фрагмент текста работы:

1. Третий период, который выделяют в истории коллоидной химии – это развитие современной коллоидной химии. Укажите два предыдущих периода и назовите основные этапы и имена ученых, с которыми связан третий период. Чему были посвящены их работы?

Коллоидная химия возникла в середине XIX в. В 1861г. известный английский химик Т.Грэм (1805–1869) изучал диффузию различных веществ в водных растворах. Он обнаружил, что некоторые вещества (желатин, агар-агар и др.) диффундируют в воду и проходят через полупроницаемые перегородки во много раз медленнее, чем, например, соли и кислоты. Кроме того, эти вещества при пересыщении растворов не кристаллизуются, а формируют студнеобразную клейкую массу. По-древнегречески клей называется «колла», и эти «особые» вещества Грэм назвал «коллоидами». Так появилось название науки «коллоидная химия». На основе своих опытов Грэм выдвинул весьма смелую гипотезу о существовании в природе двух диаметрально противоположных классов химических веществ – «кристаллоидов» и «коллоидов». Эта идея вызвала большой интерес многих ученых, и во второй половине XIXв. коллоидная химия стала развиваться очень быстро и плодотворно, причем основное внимание уделялось именно химическим аспектам. В эти годы были открыты многие вещества с типично коллоидными свойствами. Вместе с тем были разработаны различные методы очистки и стабилизации коллоидов (неорганических, органических и белковых веществ), созданы оригинальные и высокочувствительные методы для измерения размеров частиц, поверхностного натяжения чистых жидкостей и растворов, скорости электрофореза и ряда других параметров коллоидных систем. Однако по мере открытия все новых коллоидных систем гипотеза Грэма утрачивала свою привлекательность [4].
На смену ей пришла концепция универсальности коллоидного (дисперсного) состояния вещества. Решающую роль в утверждении этой концепции сыграли экспериментальные работы профессора Санкт-Петербургского горного института П.П.Веймарна (1906–1990). На множестве примеров он показал, что даже типичные коллоиды (например, желатин) можно выделить в кристаллическом виде и, напротив, из «кристаллоидных» веществ можно приготовить коллоидный раствор (например, поваренной соли в бензоле). На основании этих результатов Веймарн сформулировал следующее положение: «Коллоидное состояние не является обусловленным какими-либо особенностями состава вещества; наоборот, было доказано, что о коллоидах можно говорить как о твердых, жидких, газообразных, растворимых и нерастворимых веществах. При определенных условиях каждое вещество может быть в коллоидном состоянии» [2].
Концепция универсальности значительно расширила область объектов коллоидной химии и оказала значительное влияние на ее 7развитие. На первый план было выдвинуто понятие дисперсного состояния вещества и как результат – осознание важнейшей роли поверхностных явлений. Веймарн считал необходимым вообще отказаться от термина «коллоид» и заменить его понятием «дисперсоид», а коллоидную химию переименовать в дисперсоидологию – «науку о свойствах поверхностей и процессах, на них совершающихся». Это определение очень близко к современной трактовке коллоидной химии как науки о дисперсном состоянии веществ с определяющим влиянием поверхностных явлений. С утверждением концепции универсальности произошло существенное смещение приоритетов коллоидной химии. Главным направлением стало изучение дисперсного (коллоидного) состояния веществ. Для этого необходимо было выяснить, какие свойства достаточно полно и объективно характеризуют это состояние. В начале ХХ в. эта проблема представлялась очень сложной. Не случайно В. Оствальд, один из первых исследователей и преподавателей коллоидной химии, называл ее миром обойденных величин. Он писал: «До недавнего времени мы не видели, что между материей в массе и материей в молекулах существует еще целый мир замечательных явлений. Мы как-то обошли это промежуточное царство с чрезвычайно многочисленными представителями, не зная, что степень дисперсности оказывает значительное влияние на свойства, что многие из свойств как раз в коллоидной степени дисперсности вещества достигают своего максимума или минимума. Только теперь мы знаем, что каждое тело приобретает особые свойства и демонстрирует своеобразные явления, когда его частички больше размеров молекул, но все же еще так малы, что их нельзя различить в оптический микроскоп. Только теперь выяснилось особое значение размеров, характерных для коллоидных систем».
Примерно к 20-м гг. ХХ в. стало ясно, что фундаментальные проблемы коллоидной химии в новом понимании ее содержания можно условно разделить на три группы [6]:
1.Состав, строение и свойства коллоидных частиц.
2.Взаимодействие частиц с дисперсионной средой (главным образом, с жидкостями).
3.Контактные взаимодействия частиц друг с другом, приводящие к образованию коллоидных структур.

Содержание:

1.Поверхностные явления и дисперсные системы. Дисперсная система и дисперсионная среда. Гетерогенность и дисперсность. Поверхностная энергия и поверхностное натяжение на границе раздела фаз 2
2.Термодинамические основы устойчивости лиофобных дисперсных систем. Агрегативная и кинетическая устойчивость, факторы устойчивости дисперсных систем 4
3.С помощью, каких способов можно оценить скорость седиментации частиц 5
4.Адсорбция твердыми телами. Закон Генри. Теория мономолекулярной адсорбции Ленгмюра 10
5.Основы теории капиллярности. Формула Жюрена, Закон Томсона. Капиллярная конденсация и изотермическая перегонка 15
6.Порошки: получение, классификация, свойства (гранулирование, слеживание, псевдосжижение), разрушение 17
Список использованной литературы 23

Фрагмент текста работы:

1.Поверхностные явления и дисперсные системы. Дисперсная система и дисперсионная среда. Гетерогенность и дисперсность. Поверхностная энергия и поверхностное натяжение на границе раздела фаз
Поверхностные явления – это особые свойства поверхностных слоев, то есть тонких слоев вещества на границе соприкасающихся тел, сред или фаз. Эти свойства обусловлены избыточной свободной энергией поверхностного слоя и особенностями его структуры и состава.
Поверхностные явления могут быть чисто физическими по своей природе или сопровождаться химическими превращениями; они происходят на жидких (высокоподвижных) и твердых межфазных границах. Поверхностные явления, связанные с поверхностным натяжением и возникающие в результате деформации граничных поверхностей жидкости, также называются капиллярными явлениями. Такие явления включают капиллярное поглощение жидкостей в пористые тела, капиллярную конденсацию и установление равновесной формы капель, пузырьков газа и менисков. Свойства контактной поверхности двух твердых тел или твердого тела с жидкой или газообразной средой определяются такими эффектами, как адгезия, смачивание и трение.
Молекулярная природа и свойства поверхности могут быть радикально изменены в результате образования поверхностных мономолекулярных слоев или фазовых (полимолекулярных) пленок. Такие изменения часто происходят в результате таких физических процессов, как адсорбция, поверхностная диффузия и распространение жидкостей, либо в результате химического взаимодействия компонентов смежных фаз. Любая модификация поверхностного или межфазного слоя обычно приводит к увеличению или уменьшению молекулярного взаимодействия между смежными фазами. Физические или химические превращения в поверхностных слоях сильно влияют на характер и скорость таких неоднородных явлений, как коррозионные, каталитические и мембранные процессы
Поверхностные явления также влияют на типичные объемные свойства тел. Таким образом, уменьшение свободной поверхностной энергии твердых тел активно адсорбирующей средой приводит к снижению прочности этих тел (эффект Ребиндера). Особую группу образуют такие поверхностные явления, как электроадгезионные и электрокапиллярные явления, а также электродные процессы, возникающие в результате наличия электрических зарядов в поверхностном слое. Физические или химические изменения в поверхностном слое проводника или полупроводника существенно влияют на работу электрона. Они также влияют на такие поверхностные явления в полупроводниках, как поверхностные состояния, поверхностная проводимость и поверхностная рекомбинация; это влияние отражается на эксплуатационных характеристиках таких полупроводниковых приборов , как солнечные батареи и фотодиоды.
Поверхностные явления обнаруживаются в любой неоднородной системе, состоящей из двух или нескольких фаз. В сущности, весь физический мир, от космических тел до субмикроскопических образований, неоднороден. Только системы в ограниченных объемах пространства могут рассматриваться как однородные. Таким образом, роль поверхностных явлений в природных и технологических процессах велика. Поверхностные явления особенно важны в дисперсных (микрогетерогенных) системах, в которых наиболее сильно развита межфазная поверхность. По сути, условия, способствующие возникновению и длительному существованию таких систем , связаны с поверхностными явлениями.
Основные проблемы коллоидной химии сводятся к поверхностным явлениям в дисперсных системах. Все процессы, приводящие к изменению размеров частиц высокодисперсной фазы, включая коагуляцию, коалесценцию, пептизацию и эмульгирование, обусловлены взаимодействием броуновского движения и поверхностных явлений. В крупнодисперсных и макрогетерогенных системах первостепенную роль играет напряжение между поверхностными силами и внешними механическими воздействиями. Поверхностные явления, воздействуя на величину свободной поверхностной энергии и структуру поверхностного слоя, контролируют возникновение и рост частиц новой фазы в пересыщенных парах, растворах и расплавах. Поверхность явления также контролируют взаимодействие коллоидных частиц при образовании различных типов дисперсных структур. Поверхностно-активные вещества, которые изменяют структуру и свойства межфазных поверхностей в результате адсорбции, часто принципиально влияют на степень и направленность процессов, вызванных поверхностными явлениями.
Фундамент современной термодинамики поверхностных явлений был заложен американским физико — химиком Дж. Гиббсом. Советские ученые П. А. Ребиндер, А. Н.Фрумкин, Б. В. Дерягин, А. В. Думанский разработали теоретические концепции природы и молекулярного механизма поверхностных явлений, имеющие большое практическое значение.