Лекция 11.

А. Кинетика коагуляции. Теория быстрой коагуляции (Смолуховский); основные положения теории медленной коагуляции (Н. Фукс). Обратимость процесса коагуляции. Пептизация. Основы физико-химической механики. Закономерности течения свободно-дисперсных систем под действием приложенного давления. Закон Ньютона. Влияние концентрации и формы частиц дисперсной фазы на закономерности течения (закон Эйнштейна). Коагуляционные структуры. Условия образования, механические свойства; явление тиксотропии. Кристаллизационные структуры. Механические свойства кристаллизационных структур. Описание дисперсных систем на основе реологических моделей (Максвелла, Кельвина, Бингама, Шведова). Полная реологическая кривая. Физико-химические методы регулирования структурно-механических свойств дисперсных систем на различных стадиях их формирования как основная задача физико-химической механики.

Б. Черные пленки. Использование пен для моделирования физико-химических процессов (зарождение и перемещение дислокаций и др.).

Лекция 12.

А. Коллоидные растворы (золи). Классификация. Гидрозоли и органозоли. Коллоидно-химические свойства ВМС.

Лекция 13.

А. Эмульсии и пены. Эмульсии. Классификация, определение степени дисперсности. Эмульгаторы, принципы выбора ПАВ для стабилизации прямых и обратных эмульсий. Роль гидрофильно-липофильного баланса молекулы ПАВ в стабилизации эмульсий. Эмульсионные пленки; их строение и факторы, влияющие на устойчивость эмульсионных пленок. Обращение фаз. Твердые эмульгаторы. Методы разрушения эмульсий. Практическое применение эмульсий. Пены. Строение пен и их классификация. Кратность пен. Пенообразователи, эффективность их влияния и связь с гидрофильно-липофильным балансом используемых ПАВ. Влияние электролитов на пенообразующую способность ПАВ. Пенные пленки, строение, факторы устойчивости.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Б. Микроэмульсии; строение микрокапель, условия образования, фазовая диаграмма.

Лекция 14.

А. Аэрозоли. Классификация. Методы измерения размеров аэрозольных частиц. Молекулярно-кинетические свойства аэрозолей (высоко - и грубодисперсных). Электрические свойства аэрозолей, причины возникновения заряда на поверхности частиц. Агрегативная устойчивость аэрозолей. Практическое использование аэрозолей (примеры). Роль аэрозолей в загрязнении окружающей среды.

Лекция 15.

А. Органические поверхностно-активные вещества (ПАВ). Классификация ПАВ по молекулярному строению (анион - и катионактивные, неионогенные, амфолитные); области применения ПАВ. Высокомолекулярные ПАВ (примеры, отличия от низкомолекулярных ПАВ). Проблема биоразлагаемости ПАВ. Классификация ПАВ по механизму их действия (смачиватели, диспергаторы, стабилизаторы, моющие вещества).

Лекция 16.

А. Понятие о гидрофильно-липофильном балансе (ГЛБ) молекул ПАВ. Зависимость поверхностного натяжения от концентрации ПАВ. Мицеллообразование в растворах ПАВ. Критическая концентрация мицеллообразования (ККМ), основные методы определения ККМ.

Лекция 17.

А. Эмпирические закономерности изменения ККМ и минимального значения поверхностного натяжения границы раздела раствор - ПАВ - воздух в гомологических рядах ПАВ. Строение прямых и обратных мицелл при различных концентрациях ПАВ. Солюбилизация (коллоидное растворение органических веществ в прямых мицеллах). Относительная солюбилизация, зависимость от температуры и концентрации. Солюбилизация в неводных средах.

Б. Практические приложения мицеллярных систем и микроэмульсий (в химии, нефтедобыче, биологии).

Лекция 18.

А. Структурообразование в дисперсных системах. Периодические структуры. Образование и свойства гелей.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Дальневосточный федеральный университет»

(ДВФУ)

Школа естественных наук ДВФУ

МАТЕРИАЛЫ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ

по дисциплине «Поверхностные явления и дисперсные системы»

Специальность — 240403.65 Химическая технология природных энергоносителей и углеродных материалов

г. Владивосток

2012

Методические указания для выполнения лабораторных работ

Лабораторная работа № 1

АДСОРБЦИЯ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНОГО ВЕЩЕСТВА НА ГРАНИЦЕ РАЗДЕЛА ЖИДКОСТЬ – ГАЗ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Измерение поверхностного (межфазного) натяжения; определение зависимости поверхностного натяжения от концентрации поверхностно-активного вещества.

ЗАДАЧИ РАБОТЫ

1. Освоить методику определения поверхностного натяжения методом максимального давления в пузырьке.

2. Изучить зависимость поверхностного натяжения от концентрации пропилового спирта в воде и построить изотерму s=f(C).

3. Вычислить адсорбцию Г; предельную адсорбцию Г¥; площадь, занимаемую одной молекулой адсорбированного вещества, т. е. поперечное сечение S; толщину насыщенного поверхностного слоя d.

4. Построить изотерму адсорбции Г=f(C).

ПРИБОРЫ И МАТЕРИАЛЫ

· Прибор для измерения поверхностного натяжения.

· Мерный цилиндр вместимостью 50-100 мл.

· Колбы 12 штук.

· Фильтровальная бумага.

· Раствор ПАВ (пропанол, бутанол, пентанол).

· Активированный уголь.

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ПОЯСНЕНИЕ

1. Поверхностное натяжение жидкости на границе с воздухом

Поверхностный слой жидкости по физико-химическим свойствам отличается от ее внутренних слоев. На каждую молекулу внутри жидкости равномерно действуют силы притяжения со стороны окружающих молекул, равнодействующая всех сил притяжения равна нулю. Для молекулы, расположенной в поверхностном слое жидкости, граничащем с другой фазой, например с воздухом, содержащем насыщенный пар этой жидкости, условия иные, чем в объеме.

Силы притяжения, направленные в сторону воздуха, во много раз меньше сил притяжения, действующих в направлении жидкости. В результате этого равнодействующие молекулярных сил уже не равны нулю и направлены вниз. Поверхностные молекулы жидкости находятся под действием сил, стремящихся втянуть их внутрь жидкости. По этой причине поверхность любой жидкости стремится к сокращению.

Наличие у поверхностных молекул жидкости ненасыщенных, неиспользованных сил сцепления является источником избыточной поверхностной энергии, которая тоже стремится к уменьшению. На поверхности жидкости образуется как бы пленка, которая обладает поверхностным натяжением. Для того чтобы увеличить поверхность жидкости, необходимо преодолеть силы ее поверхностного натяжения, т. е. затратить некоторое количество работы. Работа, необходимая для увеличения поверхности жидкости на 1 м2, служит мерой поверхностной энергии и называется поверхностным натяжением s. Поверхностное натяжение можно рассматривать не только как работу, отнесенную к единице поверхности, но и как силу, которая действует на единицу длины (1 м) линии, ограничивающей поверхность жидкости, и направлена в сторону сокращения поверхности. В зависимости от этого или другого определения поверхностное натяжение измеряется или в Дж/м2, или Н/м.

Для чистых жидкостей поверхностное натяжение зависит от природы жидкости, т. е. от характера межмолекулярного взаимодействия в ней, температуры. Характер межмолекулярного взаимодействия определяется составом, строением и поляризуемостью молекул. С увеличением дипольного момента и поляризуемости молекул поверхностное натяжение вещества увеличивается. Поверхностное натяжение связано обратной зависимостью с температурой. С повышением температуры поверхностное натяжение уменьщается и при критической температуре становится равным нулю.

2. Поверхностное натяжение растворов

Поверхностное натяжение растворов обычно отличается от поверхностного натяжения растворителя. При растворении какого-либо вещества в растворителе возможно следующее (рис. 1):

· растворение вещества в растворителе не изменяет его поверхностного натяжения (рис. 1, прямая 2);

· повышает поверхностное натяжение растворителя (рис. 1, кривая 1);

· понижает поверхностное натяжение растворителя (рис. 1, кривая 3).

Рис. 1. Зависимости поверхностного натяжения от концентрации.

1 – поверхностно-инактивные вещества (ПИВ), 2 – поверхностно-неактивные вещества (ПНВ), 3 – поверхностно-активные вещества (ПАВ).

Поскольку поверхностная энергия в силу второго закона начала термодинамики стремится к минимуму, то в случае, когда растворенное вещество понижает поверхностное натяжение растворителя, концентрация этого вещества в поверхностном слое должна быть больше, чем в объеме раствора. И наоборот, когда растворенное вещество повышает поверхностное натяжение, поверхностный слой должен содержать меньше растворенного вещества, чем весь объем раствора. Таким образом, на границе раздела жидкость-газ наблюдается явление увеличения или уменьшения концентрации растворенного вещества. Самопроизвольное изменение концентрации вещества в поверхностном слое, отнесенное к единице поверхности, называется адсорбцией, обозначается через Г и выражается в моль/м2 или моль/кг. Если Г>0, адсорбцию называют положительной (растворенного вещества в поверхностном слое больше, чем в объеме), если Г<0 – отрицательной (растворенного вещества в поверхностном слое меньше, чем в объеме).

Если растворенное вещество не изменяет поверхностного натяжения, то Г=0, и вещество равномерно распределяется между поверхностным слоем и объемом раствора.

Все растворимые вещества по их способности адсорбироваться на границе раздела жидкость-газ делятся на две группы: поверхностно-активные (ПАВ) и поверхностно-инактивные вещества (ПИВ). ПАВ должны обладать меньшим поверхностным натяжением, чем растворитель, сравнительно малой растворимостью, а также способностью резко изменять свойства поверхности жидкости в результате образования тонких мономолекулярных адсорбционных слоев. К поверхностно-активным веществам относятся органические вещества, молекулы которых состоят из участков с резко различными свойствами. Одна часть молекул – полярная группа, другая – неполярная часть, состоящая из углеводородного радикала. К полярным группам относятся: - ОН, - СООН, - NH2, -SO2H и др. Полярные группы хорошо гидратируются, они и определяют сродство ПАВ к воде. Углеводородный радикал гидрофобен, т. е. понижает растворимость ПАВ в воде. При взаимодействии ПАВ с водой молекулы их погружаются в воду своими гидрофильными (полярными) группами, гидрофобная же углеводородная цепь располагается выше уровня воды. Выталкивающее действие воды на гидрофобную часть молекул ПАВ способствует накоплению их в поверхностном слое жидкости, т. е. их положительной адсорбции.

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 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45

Основные порталы (построено редакторами)