РОСЖЕЛДОР
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Ростовский государственный университет путей сообщения»
(ФГБОУ ВПО РГУПС)
В. Н. Доронькин, Ю. Ф. Мигаль, В. А. Февралева
РЕПЕТИЦИОННЫЕ ТЕСТЫ
ПО КОЛЛОИДНОЙ ХИМИИ
Учебное пособие
Ростов-на-Дону
2011
 |
РОСЖЕЛДОР
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Ростовский государственный университет путей сообщения»
(ФГБОУ ВПО РГУПС)
В. Н. Доронькин, Ю. Ф. Мигаль, В. А. Февралева
РЕПЕТИЦИОННЫЕ ТЕСТЫ
ПО КОЛЛОИДНОЙ ХИМИИ
Учебное пособие
Утверждено
методическим советом университета
Ростов-на-Дону
2011
 |
УДК 541(07) + 06
Доронькин, В. Н.
Репетиционные тесты по коллоидной химии : учеб. пособие / В. Н. Доронькин, Ю. Ф. Мигаль, В. А. Февралева ; Рост. гос. ун-т путей сообщения. – Ростов н/Д, 2011. – 76 с. Библиогр. : 6 назв.
Учебное пособие предназначено для подготовки студентов РГУПС к промежуточной и итоговой аттестации по коллоидной химии, проводимой в тестовой форме.
Содержание тестов соответствует образовательному стандарту по коллоидной химии.
В пособие включены авторские разработки преподавателей кафедры химии, апробированные в последние годы в центре тестирования РГУПС. Внимательное изучение предлагаемых в этом пособии тестов позволит студентам познакомиться с большинством заданий, которые могут встретиться при выполнении экзаменационного тестового опроса.
Книга предназначена для студентов специальности «инженерная защита окружающей среды».
Рецензенты: д-р хим. наук, проф. А. Г. Бережная (ЮФУ);
канд. физ.-мат. наук, доц. В. А. Попов (РГУПС)
© Ростовский государственный университет
путей сообщения, 2011
1 ТЕРМОДИНАМИКА ПОВЕРХНОСТНЫХ ЯВЛЕНИЙ
Свойства участка фазы, примыкающего к её поверхности, отличаются от свойств фазы в объеме: фактически частицы, находящиеся на поверхности каждой фазы, образуют особую поверхностную фазу, свойства которой существенно отличаются от свойств внутренних областей фазы.
Частицы, расположенные на поверхности, находятся в другом окружении по сравнению с частицами, находящимися в объеме фазы, так как взаимодействуют как с однородными частицами, так и с частицами другого рода. Следствием этого является то, что средняя энергия gs частицы, находящейся на поверхности раздела фаз, отличается от средней энергии такой же частицы в объеме фазы gv (причем энергия частицы на поверхности может быть как больше, так и меньше энергии частицы в объеме). Поэтому важнейшей характеристикой поверхностной фазы является поверхностная энергия Gs – разность средней энергии частицы, находящейся на поверхности, и частицы, находящейся в объеме фазы, умноженная на число частиц на поверхности N:
Gs = Ns(gs – gv). | (1.1) |
Очевидно, что общая величина поверхностной энергии фазы будет определяться величиной ее поверхности S. Поэтому для характеристики поверхности раздела, отделяющей данную фазу от другой, вводится понятие поверхностное натяжение s – отношение поверхностной энергии к площади поверхности раздела фаз; величина поверхностного натяжения зависит только от природы обеих фаз.
| (1.2) |
– размерность поверхностного натяжения, Н/м.
Физический смысл поверхностного натяжения – работа образования единичной поверхности.
В гетерогенных системах различают межмолекулярные взаимодействия внутри фаз и межмолекулярные взаимодействия между фазами.
Когезией (слипанием) называют силы, которые действуют между молекулами внутри одной фазы. Когезия определяет существование веществ в конденсированных состояниях (жидкое, твердое). Силы притяжения называют аттракционными силами.
Адгезией (прилипанием) называется силы, которые действуют между молекулами, находящимися в разных фазах.
Адгезия обеспечивает соединения между двумя телами благодаря физическим или химическим межмолекулярным силам.
Явление адгезии широко распространено в природе и используется в различных отраслях промышленности, например, склеивание материалов, нанесение лакокрасочных материалов, получение материалов на основе связующих и наполнителей (бетон, резины, стекловолокно и т. п.), сварка и пайка металлов и другие.
Количественно адгезию и когезию характеризуют работой адгезии WA и работой когезии WC.
Работа когезии определяется как работа, необходимая для разрыва однородной фазы, и равна удвоенному поверхностному натяжению
WC = 2sЖ/Г, | (1.3) |
Работа адгезии определяется как работа, необходимая для разрыва межфазного поверхностного слоя и определяется уравнением Дюпре
WA = sТ/Г + sЖ/Г – sТ/Ж, | (1.4) |
где sТ/Г – поверхностное натяжение на границе твердое тело – газ;
sЖ/Г – поверхностное натяжение на границе жидкость – газ;
sТ/Ж – поверхностное натяжение на границе твёрдое тело – жидкость.
Если работа адгезии положительна WA > 0, то есть (sТ/Г + sЖ/Г > sТ/Ж), то наблюдается прилипание; если работа адгезии отрицательна WA < 0, то есть (sТ/Г + sЖ/Г < sТ/Ж), то тела не взаимодействуют.
Адгезия происходит в несколько стадий:
1-я стадия – транспортная, включает доступ молекул адгезива (клеющего вещества) к поверхности субстрата (твердого тела) и ориентацию молекул адгезива в поверхностном слое.
Транспортную стадию ускоряют нагрев, повышенное давление, перевод адгезива в жидкое состояние, очистка поверхности.
2-я стадия – взаимодействие адгезива и субстрата, которое может осуществляться с помощью химических (ковалентных) связей, вандерваальсовых сил или ионных связей.
Адгезионную прочность определяют экспериментально, разрушая соединение на разрыв или сдвиг.
Смачивание – поверхностное явление, заключающееся во взаимодействии жидкости с твердым телом (или другой жидкостью) при наличии одновременного контакта трех несмешивающихся фаз, одна из которых – газ (воздух).
Если каплю жидкости поместить на поверхность твердого тела, то возможны два случая изменения сферической формы капли: смачивание поверхности, несмачивание поверхности (рис. 1).
Поверхностная энергия твердого тела, стремясь уменьшиться, растягивает каплю по поверхности; эта энергия равна sТ/Г.
Межфазная энергия на границе твердого тела с жидкостью sТ/Ж стремится сжать каплю, уменьшая ее поверхность.
|
Рис. 1. Растекание капли на твердой поверхности:
А) смачивание – sТ/Г > sТ/Ж; Б) несмачивание – sТ/Г < sТ/Ж. Штриховая линия показывает положение капли в начальный момент
Таким образом, силы межфазного взаимодействия (силы адгезии) стремятся растянуть каплю, в то время как силы когезии стягивают каплю до полусферы, препятствуя растеканию.
Степень смачивания количественно характеризуют величиной косинуса краевого угла, или угла смачивания, который измеряется со стороны жидкости. Периметр смачивания является границей взаимодействия трёх сред – жидкости, воздуха и твердого тела. На единице длины периметра смачивания действуют три силы, sТ/Г, sТ/Ж, s Ж/Г. Силы sТ/Г и sТ/Ж действуют в плоскости поверхности твердого тела и направлены в противоположных направлениях, сила s Ж/Г направлена под углом q к поверхности.
В состоянии равновесия:
sТ/Г = sТ/Ж + sЖ/Г×cosq. | (1.5) |
Выражая из уравнения (1.5) величину косинуса краевого угла, получаем уравнение Юнга
cosq = (sТ/Г – sТ/Ж) / sЖ/Г. | (1.6) |
Если sТ/Г > sТ/Ж, то cosq > 0, q < 90˚ – происходит смачивание (поверхность называется гидрофильной в случае воды);
если sТ/Г < sТ/Ж, то cosq < 0, q > 90˚ – происходит несмачивание (гидрофобные поверхности).
Например, поверхности оксидов и гидроксидов металлов гидрофильные, воска и парафина – гидрофобные.
Подставив значение sЖ/Г×cosq = (sТ/Г – sТ/Ж) из уравнения Юнга (1.6) в уравнение Дюпре (1.4), получаем уравнение Дюпре – Юнга (1.7):
WA = sЖ/Г + sЖ/Г×cosq = sЖ/Г(1 + cosq). | (1.7) |
Преобразуя уравнение (1.7), получим:
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 |
Основные порталы (построено редакторами)