Как учитывается взаимодействие частиц дисперсной фазы при выделении классификационных типов дисперсных систем?
В соответствии с кинетическими свойствами дисперсной фазы различают свободнодисперсные и связнодисперсные системы. Выделяют также разбавленные и концентрированные системы. В связнодисперсных системах одна из фаз структурно закреплена (между частицами реализуется взаимодействие, они «связаны» друг с другом) и не может перемещаться свободно. В свободнодисперсных системах частицы обособлены и участвуют в тепловом движении и диффузии. В разбавленных связнодисперсных системах частицы образуют сплошную пространственную сетку (дисперсную структуру) – возникают гели. Дисперсные системы любого типа, полученные в концентрированном состоянии (пасты, мази, густые золи, густые аэрозоли и т. п.), также относят к связнодисперсным системам. В концентрированных дисперсных системах независимое движение частиц дисперсной фазы затруднено, и для них характерна некоторая степень структурированности, что и позволяет их рассматривать как связнодисперсные системы.
А знаете ли Вы о существовании классификации дисперсных систем по характеру распределения фаз, образованных дисперсными частицами и дисперсионной средой?
Согласно данной классификации наиболее распространенным видом дисперсных систем является такая система, состоящая из сплошной (континуальной) дисперсионной среды – газ, жидкость, твердое тело. В ряде случаев дисперсионная среда состоит из сообщающихся друг с другом тонких прослоек (каналов), размеры которых соответствуют размерам частиц дисперсной фазы. По существу в этом случае обе фазы являются дисперсными. Такие системы называют биконтинуальными. Пример: пористая среда с частицами и порами дисперсных размеров.
Вопросы и задания для самоконтроля знаний по материалу 2-й лекции
1. Что такое дисперсные системы? Приведите примеры дисперсных систем.
2. Какие дисперсные системы изучает коллоидная химия? Являются ли объектами изучения коллоидной химии системы:
а) мелкая галька на морском дне;
б) сладкий чай в стакане;
в) сорбент с открытой пористостью (поры связаны между собой в единую систему)?
г) клеточная мембрана, т. е. оболочка клетки, которая состоит из двух или четырех слоев больших органических молекул липидов и белков.
3. К чему приведет неограниченное диспергирование гетерогенной дисперсной системы?
4. Чем определяется своеобразие свойств вещества в коллоидном состоянии?
5. Какие количественные характеристики дисперсности Вы знаете?
6. Рассчитайте удельную поверхность частиц кубической формы с длиной ребра l = 10-8 м, нитей с сечением 10-8 × 10-8 м и пленки толщиной 10-8 м.
7. Найдите общую поверхность 1 кг сферических частиц угля, если средний диаметр частиц 7∙10-2 мм, а плотность угля 1,8∙103 кг/м3.
8. Удельная поверхность силикагеля равна 8,3∙103 м2/кг. Рассчитайте средний диаметр частиц силикагеля, если его плотность равна 2,2 г/см3.
9. Коллоидные частицы палладия (Pd) в матрице из оксида алюминия катализируют реакцию гидрирования этена с образованием этана: CH2=CH2 + H2 → CH3–CH3.
Ниже приведены характеристики различных катализаторов:
Диаметр частиц Pd (Å) 55 75 75 115 145
Концентрация частиц Pd (ppm*) 170 250 200 250 250
Выход этана в пересчете
на 25 мг катализатора (%) 50 45 40,5 38,5 29
* ppm (parts per million) – количество искомых частиц на миллион всех частиц композиции
а) Проанализируйте зависимость активности катализатора от массы Pd и от площади удельной поверхности частиц Pd.
б) На основании результатов Вашего анализа сделайте вывод о том, связана ли активность катализатора со свойствами объемной фазы Pd или она определяется именно особым состоянием поверхности частиц Pd.
10. Что такое лиофильные коллоиды? Что такое лиофобные коллоиды? Приведите несколько примеров.
11. Перечислите основные признаки, положенные в основу классификации дисперсных систем.
12. Что означает термин «стабильность» применительно к коллоидным системам? В чем разница между кинетической и термодинамической стабильностью коллоидов?
13. Приведите не менее пяти примеров термодинамически устойчивых коллоидных систем.
14. Поясните разницу между терминами «агрегация» и «коалесценция». Приведите пять примеров процессов, в которых имеет место агрегация частиц.
15. Приведите названия дисперсных систем, образованные от латинских слов «частица», «нить», «пленка». На каком признаке основана эта классификация?
16. Охарактеризуйте дисперсные системы, приведенные ниже и описанные А. Блоком в стихотворении «Незнакомка», основываясь на классификации по агрегатному состоянию и размеру частиц дисперсной фазы: холодное молоко, горячее молоко, сливочное масло, маргарин, хлеб, зубная паста, описанные алхимиками коллоидные растворы золота, драгоценные камни, противопожарная пена, кровь, активированный уголь.
«...дыша духами и туманами,
Она садится у окна...»
«...вдали над пылью переулочной,
Над скукой загородных дач...»
17. Какое отношение к коллоидной химии имеют растворы полимеров? Какие типичные коллоидные системы на основе полимеров Вы знаете?
Знакомимся с основными понятиями физической химии (для курсантов военного факультета)
Повторяем курс физической химии (для студентов химического факультета)
1. Что такое термодинамическая система? Какие системы называют открытыми, закрытыми, изолированными?
2. Что такое термодинамические параметры, функции состояния?
3. Что такое внутренняя энергия, энтальпия, энтропия?
4. Какие термодинамические функции определяют возможность самопроизвольного протекания процесса в изолированной системе, в закрытой системе?
5. Какова связь энергии Гиббса и Гельмгольца с работоспособностью системы?
6. Известно, что лиофобные коллоидные системы с течением времени разделяются на отдельные фазы. С каким началом термодинамики это связано?
ЛЕКЦИЯ 3
«Приготовление искусственных минеральных коллоидов является работой весьма деликатной в виду характерной для них нестойкости»
Л. Менье
Среди дисперсных систем наиболее четко выраженными коллоидно-химическими свойствами обладают системы с размером частиц 10-9-10-7 м. Именно эти системы называют истинно коллоидными или просто коллоидными системами. Наиболее типичными их представителями являются золи, т. е. высокодисперсные системы Т/Ж или Т/Г (аэрозоли). Как Вы узнали из предыдущей лекции, коллоидные системы занимают промежуточное положение между истинными растворами (молекулярно- или ионно-дисперсными системами) и грубодисперсными системами. Соответственно, для получения коллоидных систем принципиально могут быть использованы два подхода.
Коллоидные системы могут быть получены либо путем ассоциации (метод конденсации) молекул или ионов истинных растворов, либо увеличением степени раздробленности частиц ДФ грубодисперсных систем (метод диспергирования). При этом достигается коллоидная степень дисперсности (109-107 м-1).
Диспергирование и конденсация – два общих подхода к получению не только золей, но и других дисперсных систем: порошков, суспензий, эмульсий.