Ответы на экзаменационные вопросы по дисциплине "Коллоидная химия"

Ответы на экзаменационные вопросы по дисциплине "Коллоидная химия" ...

Коллоидная химия как наука о дисперсных системах и поверхностных явлениях
Количественные характеристики ДС
Классификация дисперсных систем по дисперсности
Адсорбция. Классификация адсорбционных процессов
Поверхностно – активные и поверхностно – инактивные вещества
Практическое применение адсорбции газов
Ионная адсорбция из растворов
Смачивание, практическое значение
Сущность методов получения коллоидных растворов
Химическая конденсация, примеры
Методы очистки коллоидных растворов
Агрегативная устойчивость коллоидных растворов
Свойства растворов ВМС
Аэрозоли. Получение, свойства
Электрокинетические явления в гидрофобных золях. Электроосмос. Электрофорез
Строение ДЭС
Осмотическое давление. Диффузия в коллоидных системах
Молекулярная адсорбция

Ответы на вопросы

тел необходимо смачивание и др.Адгезия, практическое значение. Адгезия (прилипание) –это взаимодействие между приведенными в контакт поверхностями конденсированных фаз разной природы. Если две взаимно нерастворимые жидкости, или два твердых тела приведены в тесный контакт, то под действием межмолекулярных сил они прочно прилипают друг другу, так что для их разделения нужно произвести определенную работу. Адгезия обусловлена стремлением системы к уменьшению поверхностной энергии, следовательно, является самопроизвольным процессом. Работа адгезии Wа –это работа обратимого разрыва адгезионной связи, отнесенная к единице площади, Дж/м2. Полная работа адгезии, проходящая на всю площадь равна:Возможны 3 случая адгезии: 1) адгезия между двумя жидкостями, 2) адгезия между жидкостью и тв. телом; 3) адгезия между твердыми телами. Практическое значение: 1) склеивание материалов; 2) нанесение лакокрасочных и гальванических покрытий; 3) получение материалов на основе связующих и наполнителей( бетон, резина и т.д); 4) сварка и пайка металлов; 5) печатание; 6) крашение. Сущность методов получения коллоидных растворов.Диспергационные методы получения коллоидных растворов. Это способы получения лиофобных золей путем дробления крупных кусков до агрегатов коллоидных размеров. Черты диспергационных методов: 1) измельчение производится в инертной среде. 2) диспергирование яв-ся несамопроизвольным процессом. Также делятся на следующие методы: механическое, ультразвуковое, и электрическое диспергирование. Механическое дробление осущ-ся путем: раздробления, удара истирания, расщепления. Измельчение частиц до размеров в несколько десятков микрон осущ-ся с помощью шаровых мельниц. Очень тонкое раздробление достигается на специальных коллоидных мельницах. Диспергирование ультразвуком происходит за счет разрывающих усилий. Они возникают при прохождении ч/з них ультразвуковых колебаний с частотой более 20000 Гц в секунду, приводят к его разрушению. Этот метод яв-ся эф-ым только при малопрочных вещ-в (сера, графит, крахмал, краски). Электрическое диспергирование. Этим методом получают коллоидные растворы металлов путем распыления в вольтовой дуге электродов из металла, погруженных в воду. Метод был изобретен Г. Бредигом в 1898г. Химическая конденсация, примеры. . Химическая конденсация - в этих случаях вещество, образующее дисперсную фазу, получается в результате хим. реакции. Необходимо соблюдать следующие условия: 1) чтобы вещ-во дисперсной фазы было нерастворимо в дисперсной среде. 2) чтобы скорость образования зародышей кристаллов дисперсной фазы была гораздо больше, чем скорость роста кристаллов. 3) чтобы одно из исходных веществ было взято в избытке, именно оно является стабилизатором. Примеры: 1) реакция восстановления:Эту реакцию проводят в присутствии стабилизатора ( танин, крахмал, желатин).Реакция окисления:Реакция гидролиза:Реакция обмена:Пептизация. Метод пептизации состоит в следующем: измельченный материал ( сажа, графит, глина) или промытый осадок вещ-ва, полученный в результате химической реакции осаждения, промывают небольшим количеством раствора пептизатора, в результате образуется высокодисперсная система. Пептизировать можно недалеко не все осадки: плотные, тяжелые осадки не поддаются пептизации, наоборот рыхлые, студенистые осадки, особенно свежеприготовленные, легко пептизируются. Пептизация- это нарушение связей между слипшимися частицами. Чем слабее эти связи, тем легче происходит пептизация.Теория мономолекулярной адсорбции Ленгмюра.Конденсационные методы получения коллоидных растворов. Конд. методы- это способы получения коллоидных растворов путем объединения ( конденсации) молекул и ионов в агрегаты коллоидных размеров. Различают физическую и химическую конденсацию. Физическая конденсация делится на 2 метода: конденсация из паров, и метод замены растворителя. Конденсация из паров – исходное вещество находится в паре. При понижении температуры пар становится перенасыщенным и частично конденсируется, образуя дисперсную фазу. Таким путем получают гидрозоли ртути и некоторых других металлов. Метод замены растворителя. Метод основан на изменении состава и свойств дисперсионной среды. Например спиртовой раствор серы, фосфора или канифоли влить в воду, вследствие понижения растворимости вещ-ва в новом растворителе раствор становится перенасыщенным и часть вещ-ва конденсируется, образуя частицы дисперсной фазы. Химическая конденсация - в этих случаях вещество, образующее дисперсную фазу, получается в результате хим. реакции.Методы очистки коллоидных растворов. Удаление примесей осуществляется методами: диализа, электродиализа, ультрафильтрации. Диализ был разработан еще Грэмом в 1861 г. Коллоидный раствор, наливают в сосуд, который отделен полупроницаемой мембраной. В качестве полупроницаемой мембраны применяют пергамент, целлофан, коллодий, керамические фильтры и др. В результате диффузии низкомолекулярные примеси переходят во внешний раствор. Недостаток – медленный процесс, малая скорость. Электродиализ. Диализатор состоит из трех стеклянных камер, разделенных полупроницаемыми перегородками. В боковых камерах установлены электроды, на которые от внешнего источника постоянного тока подается разность потенциалов. В боковых камерах находится дистиллированная вода, которая сменяется. Очищаемая золь перемешивается мешалкой. Ультрафильтрацией называется диализ, проводимый под давлением во внутренней камере. Ультрафильтрация яв-ся не методом очистки золей, а их концентрирования. Примером сочетания диализатора и ультрафильтрации яв-ся аппарат искусственная почка.Оптические свойства коллоидных растворов. Рассеяние света. Эффект Тиндаля.Поглощение света и окраска золей. Многие коллоидные растворы имеют определенную окраску, то есть поглощают свет в соответствующей области спектра – золь всегда окрашен в цвет, дополнительный поглощенному. Поглощая синюю часть спектра золь оказывается желтым, при поглощении синевато-зеленой части он принимает красную окраску. Оптические свойства коллоидных растворов, способных к поглощению света, можно характеризовать по изменению интенсивности света при прохождении через систему. Для этого используют закон БЛБ: где, - интенсивность падающего света; - интенсивность прошедшего через золь света; - коэф-нт поглощения; - толщина слоя золя; - концентрация золя. После логарифмирования получим:Величину называют оптической плотностью раствора или экстинкцией. Высокодисперсные золи золота поглощающие преимущественно зеленую часть спектра , имеют интенсивно красную окраску, при увеличении размеров частиц до 50 нм окраска золей становится синей. Золи металлов обладают исключительно высокой интенсивностью окраски, например интенсивность окраски красного золя золота во много раз больше, чем у красителя фуксина. С увеличением дисперсности золей металлов изменяется также интенсивность их окраски, она максимальна при средних размерах частиц и ослабевает как при увеличении так и при уменьшении дисперсности.Оптические методы исследования коллоидных растворов. В настоящее время оптические методы яв-ся наиболее распространенными методами определения размера, формы, и структуры коллоидных частиц. Наиболее часто для исследования коллоидных растворов применяются: ультрамикроскопия; электронная микроскопия; нефелометрия, турбидиметрия. Ультрамикроскопия, основана на наблюдении рассеяния света в обычном оптическом микроскопе. Электронная микроскопия- связанная с использованием вместо световых лучей пучка быстрых электронов; Нефелометрия – метод определения размеров коллоидных частиц или концентрации золя, основанный на измерении светорассеяния коллоидным раствором; Турбидиметрия – измерение светорассеяния коллоидного раствора по ослаблению интенсивности света, прошедшего через раствор.Молекулярно- кинетические свойства коллоидных растворов. Броуновское движение. Молекулярно-кинетические свойства обусловлены непрерывным хаотическим движением молекул и атомов. Молекулярно кинетическая теория изучает в жидкостях и газах. Молекулярно – кинетические свойства коллоидных растворов проявляются в броуновском движении, диффузии и осмосе. Броуновское движение- это непрерывное беспорядочное движение частиц микроскопических и коллоидных размеров, не затухающее во времени. Это движение тем интенсивнее, чем выше температура и чем меньше масса частицы и вязкость дисперсионной среды. Броуновское движение совершенно хаотично, то есть в нем наблюдается полная равноправность всех направлений.Осмотическое давление. Диффузия в коллоидных системах. Осмос- это односторонняя диффузия молекул растворителя дисперсной среды. Осмотическое давление- это давление, которое нужно приложить к раствору чтобы прекратить переход растворителя.Высокомолекулярные соединения. Классификация. Высокомолекулярными соединениями называются вещества, имеющие молекулярную массу от 10000 до нескольких миллионов а.е.м. ВМС классифицируют по различным признакам: 1) по происхождению ВМС делятся на натуральные( белки, шерсть, шелк, полисахариды. Синтетические( ПВХ, полиэтилен, получаемые в результате хим. синтеза: полимеризация, поликонденсация, сополимеризация); 2) по строению полимерной цепи ВМС бывают: Линейными (полиэтилен); разветвленными (крахмал), и пространственными (фенолформальдегид, смолы). 3) по способности к электролитической диссоциации ВМС делятся на неэлектролиты и полиэлектролиты. Полиэлектролиты делятся на: поликислоты, полиоснования, и полиамфолиты.Потенциал течения, потенциал седиментации. Практическое значение электрокинетических явлений. Потенциал течения- это явление возникновения разности потенциалов на электродах, расположенных по обеим сторонам неподвижной капиллярно-пористой перегородки при продавливании через нее жидкости. Потенциал седиментации (осаждения) – это явление возникновения потенциалов на электродах, расположенных на разной высоте в сосуде, в котором происходит оседание частиц дисперсной фазы. С явлениями потенциала течения и потенциала седиментации приходится считаться в производствах, в которых осуществляется транспортировке жидкостей, осаждение суспензий и эмульсий при разделении фаз и т.д. На концах трубопроводов и аппаратов могут возникать высокие разности потенциалов, которые яв-ся причиной искровых разрядов, вызывающих пожары и взрывы.Принципы построения мицеллы.1) Агрегат мицеллы должен быть нерастворимым соединением. 2) Потенциалопределяющими ионами могут быть ионы, образующие дисперсную фазу, изоморфные и органические ионы с высокой адсорбционной способностью. 3) Противоионы образуют с потенциалопределяющими ионами растворимые соединения. 4) Мицелла в целом электронейтральна.Седиментационная устойчивость дисперсных систем. Седиментационная устойчивость-это способность дисперсной системы сохранять неизменным во времени распределением частиц по объему системы, то есть способность системы противостоять действию силы тяжести.Агрегативная устойчивость коллоидных растворов. Коагуляция. Агрегативная устойчивость-это способность дисперсной системы сохранять неизменной во времени степень дисперсности, то есть размеры частиц и их индивидуальность. При нарушении агрегативной устойчивости происходит коагуляция. Коагуляцией называется процесс слипания частиц с образованием крупных агрегатов. В результате коагуляции система теряет свою седиментационную устойчивость, так как частицы становятся слишком крупные и не могут участвовать в броуновском движении. Различают 2 стадии коагуляции: 1 стадия - скрытая коагуляция. На этой стадии частицы укрупняются, но еще не теряют своей седиментационной устойчивости. 2 стадия - явная коагуляция. На этой стадии частицы теряют свою седиментационную устойчивость. Например: образование осадка. Причины коагуляции: 1) изменение температуры, 2) действие электрического, и электромагнитного полей. 3) действие видимого света: 4) облучение элементарными частицами; 5) механическое воздействие; 6) добавление электролитов идр.Порог коагуляции. Коагулирующая способность электролита. Минимальная концентрация электролита, при которой начинается коагуляция, называется порогом коагуляции Ск. Ск =где Ск - порог коагуляции, моль/л, С- концентрация электролита моль/л. V – наименьший объем электролита достаточное для коагуляции, w – объем золя, мл. Коагуляцию вызывает не весь электролит, а только тот ион заряд, которого совпадает по знаку с зарядом противоиона мицеллы, этот ион называется ион коагулянт. Величина обратная порогу коагуляции называется коагулирующей способностью. Vк =Коагулирующая способность иона при одинаковом заряде тем больше, чем больше его кристаллический радиус.Свойства растворов ВМС. Растворение ВМС яв-ся самопроизвольным процессом и приводит к уменьшению свободной энергии свободной энергии, растворы ВМС являются термодинамически устойчивыми и не требуют присутствия стабилизаторов. Более того, растворы ВМС сами часто используются как стабилизаторы. Растворы ВМС представляют собой истинные растворы, состоящие из отдельных очень больших молекул, по размерам часто превосходящих коллоидные частицы. Эти свойства отличают растворы ВМС от коллоидных растворов. В плохих растворителях молекулы ВМС свертываются в клубки, при этом возникает межфазная поверхность, то есть система становится гетерогенной. Растворы ВМС подобно коллоидным растворам, способны рассеивать падающий свет, а также избирательно поглощать световые лучи. Также растворы ВМС способствуют образованию суспензий, эмульсий, пен, для них характерны диффузия и броуновское движение.Защита коллоидных частиц. Сенсибилизация. Коллоидной защитой называется повышение агрегативной устойчивости золя путем введения в него ВМС. Защитное действие ВМС связано с образованием на поверхности коллоидных частиц определенного адсорбционного слоя. Для характеристики защитного действия различных ВМС Зигмонди предложил использовать золотое число. Золотое число- это количество миллиграммов ВМС, которое надо добавить к 10см3 0, 0006%-го красного золя золота, чтобы предотвратить его посинение при добавлении к нему 1см3 10%-го раствора NaCl. Сущ-ет серебряное число, железное число и др. Сенсибилизацией называется снижение порога коагуляции золя при добавлении в него ВМС. Длинная молекула полимера присоединяется двумя концами к двум разным частицам дисперсной фазы, скрепляет их углеводородным мостиком.