Титульный лист методических рекомендаций и указаний к изучению дисциплины |
| Форма Ф СО ПГУ 7.18.3/40 |
Министерство образования и науки Республики Казахстан
Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова
Кафедра химии и химических технологий
Методические РЕКОМЕНДАЦИИ И указания
к изучению дисциплины
«Коллоидная химия»
для студентов специальностей 5В072000 «Химическая технология неорганических веществ», 5В072100 «Химическая технология органических веществ»
Павлодар
Лист утверждения методических рекомендаций и указаний к изучению дисциплины |
| Форма Ф СО ПГУ 7.18.3/41 |
УТВЕРЖДАЮ
Проректор по УР
___________
«___»_____________20___г.
| |
Составитель: _________________ к. х.н, проф.
Кафедра химии и химических технологий
Методические РЕКОМЕНДАЦИИ И указания
к изучению дисциплины
«Коллоидная химия»
для студентов специальностей 5В072000 «Химическая технология неорганических веществ», 5В072100 «Химическая технология органических веществ»
Рекомендовано на заседании кафедры
«___»______________20___г., протокол №___
Заведующий кафедрой______________ «___»_______20___г.
Одобрено УМС факультета химических технологий и естествознания
«___»______________20___г., протокол №____
Председатель УМС___________ «___»______________20___г.
СОГЛАСОВАНО
Декан факультета ___________ «____» ___________ 20___г.
Одобрено
Начальник ОПиМОУП __________ «____» ___________ 20__г.
«___» ________20___ г. Протокол № _______
Методические указания и рекомендации к изучению дисциплины «Коллоидная химия»
для студентов специальностей 5В072000 - Химическая технология неорганических веществ, 5В072100 - Химическая технология органических веществ
Работа студента над курсом коллоидной химии слагается из следующих элементов: самостоятельное изучение материала по учебникам и учебным пособиям, выполнение контрольных заданий, прохождение текущего и рубежного контроля, лабораторного практикума, посещения лекций, практических занятий, индивидуальные и групповые консультации, сдача зачетов, коллоквиумов, экзаменов.
ТЕМА 1. Введение. Коллоидное состояние
По данной теме предусмотрено проведение лекционных занятий - 1 час, лабораторные – 2 часа, СРС -4 часа.
На лекционных занятиях рассматривается содержание следующих вопросов: Для усвоения содержания науки коллоидная химия и представления объектов ее исследования студенту необходимо уяснить понятия «Коллоидная система», являющегося аналогом понятия «Дисперсная система».
Основные свойства типичной коллоидной системы - это ее гетерогенность и высокая дисперсность. Любая поверхность раздела фаз обладает свободной поверхностной энергией, так как межмолекулярные силы сцепления в пограничных фазах неодинаковы. Для высокодисперсных систем
свободная поверхностная энергия очень велика – характерное свойство дисперсных систем, проявляющееся в большинстве коллоидно-химических явлений.
Коллоидная химия - это наука о свойствах гетерогенных высокодисперсных систем и протекающих в них процессах. К процессам, происходящим на поверхности раздела фаз относятся: адсорбция, коагуляция (слипание частиц), гетерокоагуляция, образование пленок на поверхности раздела фаз, образование объемных структур и др.
Классификация дисперсных систем возможна по разным признакам. Знакомясь с ней по учебнику, обратите внимание на огромное разнообразие реальных дисперсных систем. Внешне различные системы, такие как порошки, туманы, пены, суспензии, эмульсии, золи, дымы объединены общими характерными признаками: все они гетерогенны, с большой удельной поверхностью дисперсной фазы и, соответственно с большим запасом свободной поверхностной энергии.
На лабораторных занятиях предусмотрено выполнение лабораторной работы - Седиментационный анализ;
СРС обеспечивает усвоение следующих вопросов: Особенности коллоидного состояния вещества. Понятие о термодинамически неравновесных дисперсных системах. Коллоидная химия и защита окружающей среды.
Рекомендуемая литература:[1, c.60-85; 2, c. 42-63]
ВОПРОСЫ ДЛЯ КОНТРОЛЯ:
1. | Что изучает коллоидная химия и каковы признаки ее объектов? |
2. | По каким признакам классифицируют объекты коллоидной химии? Приведите примеры дисперсных систем. |
3. | Какие поверхностные явления изучает коллоидная химия? |
4. | Какие особенности имеют коллоидные растворы? |
5. | В чем состоит отличие коллоидной системы от неколлоидной? |
6. | По какому признаку дисперсные системы делят на лиофобные и лиофильные? Какие дисперсные системы относят к лиофильным, лиофобным? |
ТЕМА 2. Получение дисперсных систем и их очистка
По данной теме предусмотрено проведение лекционных занятий - 1 час, лабораторные – 2 часа, СРС -4 часа.
На лекционных занятиях рассматривается содержание следующих вопросов: Агрегативная и седиментационная (кинетическая) устойчивость дисперсных систем. Методы и условия получения дисперсных систем.
Получение дисперсных систем методами физической и химической конденсации. Получение дисперсных систем дроблением. Механическое дробление. Коллоидные мельницы, дробление ультразвуком и в вольтовой дуге. Пептизация как метод получения золей. Диализ. Электродиализ.
На лабораторных занятиях предусмотрено выполнение лабораторной работы- Способы получения золей
СРС обеспечивает усвоение следующих вопросов: Способы пептизации. Правило осадков. Самопроизвольное диспергирование. Ультрафильтрация.
Рекомендуемая литература: [1, c.20-25; 3, c. 32-39; 4.c.55-68]
ВОПРОСЫ ДЛЯ КОНТРОЛЯ:
1. | Чем отличаются процессы гогенной и гетерогенной конденсации и каковы причины возникновения метастабильного состояния? |
2. | Какими методами получают лиофобные дисперсные системы? Приведите примеры дисперсных систем. |
3. | Чем обусловлена агрегативная неустойчивость лиофобных дисперсных систем? Какие процессы самопроизвольно происходят в них? |
4. | Назовите виды устойчивости дисперсных систем в соответствии с классификацией по Пескову? |
5. | В чем состоит отличие между лиофильными и лиофобными коллоидными системами? |
6. | На что затрачивается работа при дроблении и измельчении материалов? Каким образом можно уменьшить работу измельчения и повысить дисперсность измельчаемого материала? |
ТЕМА 3. Молекулярно-кинетические и оптические свойства
По данной теме предусмотрено проведение СРС -6 часов.
Броуновское движение его тепловая природа. Средний сдвиг. Диффузия. Связь между средним сдвигом и коэффициентом диффузии. Седиментационно - диффузионное равновесие, уравнение Лапласа-Перрена. Основы Седиментационного анализа. Ультрацентрифугирование.
Рассеяние и поглощение света в коллоидных системах. Формула Рэлея, ее анализ. Опалесценция. Оптическая плотность и уравнение Ламберта - Бера. Нефелометрия. Определение размеров и формы коллоидных частиц оптическими методами. Ультрамикроскоп
Аномалии для коллоидных систем. Методы исследования дисперсных систем: нефелометрия, ультрамикроскопия, электронный микроскоп, рентгенография и электронография. Кинетическая устойчивость дисперсных систем. Седиментация и методы седиментационного анализа. Седиментационное равновесие.
Рекомендуемая литература: :[1, c.35-53; 4, c. 67-87]
ВОПРОСЫ ДЛЯ КОНТРОЛЯ:
1. | Дайте характеристику диффузии в коллоидных системах. |
2. | Что называется градиентом концентрации; коэффициентом диффузии? |
3. | Дайте характеристику броуновскому движению в коллоидных системах. |
4. | Вывод уравнения Фика. |
5. | Вывод формулы Эйнштейна. |
6 | Что называется седиментацией? |
7 | Вывод уравнения Стокса для определения радиуса частиц и скорости оседания. |
8 | Как определить граничные радиусы частиц полидисперсной системы? |
9 | Построение интегральной кривой распределения частиц по радиусам. |
10 | Построение дифференциальной кривой распределения частиц по радиусам. |
ТЕМА 4. Поверхностные явления и адсорбция
ТЕМА 4.1 Поверхностная энергия. Термодинамика поверхностного слоя на границе раздела фаз
По данной теме предусмотрено проведение лекционных занятий - 1 час, СРС -4 часа.
На лекционных занятиях рассматривается содержание следующих вопросов: Поверхностное натяжение как мера свободной энергии поверхности. Свободная поверхностная энергия дисперсных систем и их принципиальная термодинамическая неравновесность. Поверхностное натяжение растворов. Адсорбция положительно и отрицательно поверхностно-активных веществ, уравнение Гиббса, Шишковского, правило Траубе. Строение и свойства адсорбционных слоев. Газообразные и конденсированные монослои. Ориентация дифильных молекул на границе между фазами.
СРС обеспечивает усвоение следующих вопросов: Поверхностная энергия. Термодинамика поверхностного слоя на границе раздела фаз. Уравнение Кельвина (Томсона).
Рекомендуемая литература:[1, c.90-115; 3 c. 52-73]
ВОПРОСЫ ДЛЯ КОНТРОЛЯ:
ТЕМА 4.3 Адсорбция на границе твердое тело – газ
По данной теме предусмотрено проведение лекционных занятий - 2 часа, СРС -6 часов.
На лекционных занятиях рассматривается содержание следующих вопросов: Адсорбция на границе раздела твердое тело - газ. Эмпирическое уравнение изотермы адсорбции. Теория мономолекулярной адсорбции. Уравнение Ленгмюра. Связь между уравнениями Гиббса, Ленгмюра. Связь между уравнениеми Гиббса, Генмюра и Шишковского. Понятие о капиллярной конденсации. Теория БЭТ.
СРС обеспечивает усвоение следующих вопросов: Сущность и применение капиллярной конденсации. Классификация твердых адсорбентов.
Рекомендуемая литература: [1, c.120-157; 3, c. 92-123]
ВОПРОСЫ ДЛЯ КОНТРОЛЯ:
1. ?
ТЕМА 4.5 Адсорбция на границе жидкость – твердое тело
По данной теме предусмотрено проведение лекционных занятий - 2 часа, лабораторные – 4 часа, СРС -6 часов.
На лекционных занятиях рассматривается содержание следующих вопросов: Адсорбция на границе раздела твердое тело - жидкость. Гидрофильные и гидрофобные адсорбенты. Молекулярная адсорбция из растворов; влияние природы адсорбента, растворителя и растворенного вещества на адсорбцию. Правило Траубе для адсорбции на твердой поверхности.
Влияние температуры на адсорбцию. Условия растекания жидкостей. Когезия и адгезия. Адсорбционное понижение твердости. Явление смачивания в биологических процессах, при обогащении полезных ископаемых.
На лабораторных занятиях предусмотрено выполнение лабораторной работы Адсорбция на твердом адсорбенте.
СРС обеспечивает усвоение следующих вопросов: Ионообменная адсорбция, ее практическое применение. Катиониты и аниониты. Адсорбция из смеси компонентов. Хроматография.
Рекомендуемая литература: [1, c.120-157; 3, c. 92-123]
ТЕМА 5. Двойной ионный слой и электрокинетические явления
По данной теме предусмотрено проведение лекционных занятий - 1 час, СРС -6 часов.
На лекционных занятиях рассматривается содержание следующих вопросов: Образование двойного ионного слоя путем адсорбции и путем поверхностной диссоциации и строение его. Полный скачок потенциала. Распределение потенциала двойного электрического слоя и электрокинетический потенциал. Строение мицеллы.
Изменение двойного ионного слоя и электрокинетического потенциала под действием электролитов, влияние концентрации, валентности. Перезарядка поверхности многовалентными ионами.
Поведение дисперсных систем в электрическом поле. Электрокинетические явления: электрофорез, электроосмос. Практические приложение элеетрокинетических явлений. Осушка грунтов, электрофоретическое осаждение.
СРС обеспечивает усвоение следующих вопросов: Поведение дисперсных систем в электрическом поле. Практические приложение элеетрокинетических явлений. Осушка грунтов, электрофоретическое осаждение.
Рекомендуемая литература: [1, c.210-215; 2, c. 112-123]
ТЕМА 6. Стабилизация и коагуляция дисперсных систем.
По данной теме предусмотрено проведение лекционных занятий - 2 часа, лабораторные – 4 часа, СРС -8 часов.
На лекционных занятиях рассматривается содержание следующих вопросов: Факторы устойчивости дисперсных систем. Расклинивающее давление, его электростатическая и молекулярная (сольватационная) составляющие.
Основы теории устойчивости и коагуляции. Потенциальные кривые взаимодействия частиц. Потенциальный барьер и его зависимость от толщины двойного слоя.
Концентрационная и нейтрализационная коагуляция. Порог (число) коагуляции. Правила электролитной коагуляции, их трактовка с точки зрения теории устойчивости. Неправильные ряды. Коагуляция смесями электролитов и сенсибилизация. Медленная и быстрая коагуляция.
На лабораторных занятиях предусмотрено выполнение лабораторной работы «Коагуляция гидрозоля гидроксида железа»; «Определение изоэлектрической точки раствора желатины по зависимости вязкости от рН»
СРС обеспечивает усвоение следующих вопросов: Гетерокоагуляция. Медленная и быстрая коагуляция. Методы очистки промышленных выбросов. Флокуляция и коагуляция золей и суспензий в технологических процессах, в природе. Приготовление красок и фотоматериалов.
Рекомендуемая литература: [1, c.161-179; 3, c. 156-172]
Список литературы
Основная литература
1. Зимон химия: М.:АГАР,2003.-318 с.:
2. Мушкамбаров и др Физическая и коллоидная химия. М., Гэотар-мед, 2002 г. 378с
3. Коллоидная химия. М. : Высш. шк., 20с.
4. Сумм, коллоидной химии. М. : Академия, 20с.
5. Гельфман, М. И. Практикум по коллоидной химии. М. И. - СПб. : Лань, 20с
Дополнительная литература
6 Шершавина, и коллоидная химия. Методы физико-
химического анализа М. : Новое знание, 20с.
2. Шершавина, А. А.. Индивидуальные задания по коллоидной химии : Минск : Новое знание, 20с.
