Поверхностные явления и дисперсные системы

Учреждение образования «Белорусский государственный

технологический университет»

УТВЕРЖДАЮ

Проректор по учебной работе БГТУ

________________

Регистрационный № УД - /р.

Поверхностные явления и дисперсные системы

Учебная программа для специальностей:

1-54 01 03 Физико-химические методы анализа и приборы

контроля качества продукции

1-57 01 01 Охрана окружающей среды и рациональное

Использование природных ресурсов

Факультет заочный

Кафедра физической и коллоидной химии

Курс - 3

Семестр - 5,6

Лекции - 8 часов

Лабораторные занятия - 8 часов Зачет 6 семестр

Всего аудиторных часов

по дисциплине – 16 часов

Самостоятельная работа

– 136 часов (спец. 1-54 01 03)

– 126 часов (спец. 1-57 01 01)

Всего часов по дисциплине Форма получения

- 152 часа (спец. 1-54 01 03) высшего образования заочная

– 142 часа (спец. 1-57 01 01)

2011 г.

Учебная программа составлена на основе типовой программы «Поверхностные явления и дисперсные системы» для химико-технологических специальностей ВУЗов, утвержденной 23 декабря 2009 г., регистрационный № ТД-I.286/тип.

Рассмотрена и рекомендована к утверждению на заседании кафедры физической и коллоидной химии учреждения образования «Белорусский государственный технологический университет» 1 июня 2011 г.,

(протокол № 9 ).

Заведующий кафедрой

к. х.н. доц.______________

Составитель к. т.н. доц.

______________

Рассмотрена и рекомендована к утверждению методической комиссией заочного факультета

" " 2011 г.

Председатель методической комиссии

_____________

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Курс «Поверхностные явления и дисперсные системы» ставит своей целью ознакомление студентов с основами учения о дисперсном состоянии вещества, особых свойствах поверхностных слоев и о поверхностных явлениях в дисперсных системах. Программа составлена в расчете на знание студентами курсов физической химии, в первую очередь, химической термодинамики, курсов математики и физики, неорганической и органической химии.

Объектами изучения данной дисциплины являются гетерогенные системы (дисперсные системы) и процессы, протекающие в таких системах в межфазном поверхностном слое (поверхностные явления). Практически нет такого производства, тем более, химического, где поверхностные явления не играли бы решающую роль. Поэтому данная дисциплина, в ряду других дисциплин, является теоретической основой химической технологии.

Программа состоит из двух разделов. В разделе «Поверхностные явления» рассматриваются капиллярные явления, явления адгезии. смачивания, растекания и адсорбции. Знание закономерностей, описывающих протекание поверхностных явлений, необходимо при получении материалов с заданными свойствами. Раздел «Дисперсные системы» знакомит студентов со способами получения, стабилизации и разрушения дисперсных систем. Значительное внимание уделено свойствам дисперсных систем: молекулярно-кинетическим, оптическим, электрическим и методам и методам их изучения. В этом разделе также представлены характерные свойства, особенности получения и стабилизации некоторых дисперсных систем: эмульсий, суспензий, пен, аэрозолей.

Владение теоретическими основами данной дисциплины позволит не толь эффективно управлять технологическими процессами, но и успешно решать проблемы охраны окружающей среды (в частности, очистки сточных вод и промышленных выбросов).

Общеобразовательные стандарты специальностей 1-54 01 03 «Физико-химические методы анализа и приборы контроля качества продукции», 1-57 01 01 «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов», предусматривают, что выпускник, усвоивший дисциплину «Поверхностные явления и дисперсные системы», должен

знать:

– виды поверхностных явлений, причины их возникновения и закономерности протекания;

– методы исследования поверхностных явлений с целью получения их количественных характеристик;

– классификации дисперсных систем;

– способы получения, стабилизации и разрушения дисперсных систем;

– методы изучения свойств дисперсных систем в зависимости от их природы и степени дисперсности;

уметь:

– выполнять необходимые физико-химические расчеты с использованием справочной литературы;

– проводить экспериментальные исследования с использованием современных приборов, обрабатывать результаты эксперимента, делать соответствующие выводы и заключения;

– грамотно использовать закономерности протекания поверхностных явлений в разнообразных дисперсных системах для управления технологическими процессами;

– выбирать оптимальные методы анализа дисперсных систем на различных стадиях технологического процесса;

– решать проблемы охраны окружающей среды, и в частности очистки сточных вод и промышленных выбросов;

– применять полученные знания для решения задач ресурсосбережения, энергосбережения и импортозамещения.

Согласно типовым учебным планам на изучение данной дисциплины отводится 16 часов аудиторных занятий: лекции - 8 часов, лабораторные занятия - 8 часов.

Важное место в процессе обучения занимает самостоятельная работа студентов. На управляемую самостоятельную работу отводится 134 часа для студентов специальности 1-54 01 03, 124 часа – для специальности 1-57 01 01

Контроль знаний студентов при изучении данной дисциплины в течение семестра осуществляется в процессе защиты лабораторных работ и контрольной работы и при сдаче зачета.

СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОГО МАТЕРИАЛА

Введение

Основные разделы и направления науки о поверхностных явлениях и дисперсных системах. Объекты и цели изучения. Понятие о поверхностных явлениях и дисперсных системах. Признаки дисперсных систем – гетерогенность и дисперсность; их единство. Классификации дисперсных систем. Роль поверхностных явлений и дисперсных систем в природе и народном хозяйстве.

Раздел 1. Поверхностные явления

1.1. Термодинамика поверхностных явлений. Поверхность раздела фаз. Поверхностное натяжение как мера свободной поверхностной энергии, его силовая и энергетическая трактовки. Экспериментальные методы определения поверхностного натяжения.

Метод избыточных величин Гиббса – способ описания термодинамики поверхностных явлений. Классификация поверхностных явлений.

1.2. Адгезия, смачивание, растекание. Адгезия и когезия. Природа сил взаимодействия при адгезии и когезии. Виды адгезии на различных границах раздела фаз. Уравнение Дюпре для вычисления работы адгезии. Смачивание и несма-чивание твердой поверхности жидкостью. Угол смачивания. Закон Юнга. Связь работы адгезии с углом смачивания (уравнение Дюпре-Юнга). Избирательное смачивание. Лиофильность и лиофобность поверхностей твердых тел. Значение явлений адгезии и смачивания в химической технологии.

Термодинамические условия растекания жидкостей. Коэффициент растекания по Гаркинсу. Эффект Марангони. Межфазное натяжение на границе между взаимно насыщенными жидкостями. Правило Антонова.

1.3. Капиллярные явления. Влияние кривизны поверхности жидкости на внутреннее давление. Капиллярное давление, закон Лапласа. Капиллярные явления. Капиллярное поднятие жидкости, уравнение Жюрена.

Зависимость давления насыщенного пара от кривизны поверхности жидкости. Уравнение Томсона (Кельвина). Роль капиллярных явлений в природе и технике.

1.4. Адсорбция. Адсорбция как поверхностное явление. Адсорбат и адсорбент. Природа адсорбционных сил. Физическая адсорбция, хемосорбция. Изотерма, изопикна, изостера и изобара адсорбции.

1.4.1. Адсорбция на границе твердое тело-газ. Адсорбция газов и паров на однородной поверхности. Изотерма мономолекулярной адсорбции. Основные положения теории мономолекулярной адсорбции Лэнгмюра. Уравнение Лэнгмюра, его анализ. Линейный вид уравнения Лэнгмюра и графическое определение его констант. Изотермы полимолекулярной адсорбции. Теория полимолекулярной адсорбции БЭТ (Брунауэра, Эммета, Теллера). Уравнение БЭТ, его анализ. Линейная форма уравнения БЭТ, ее практическое применение для определения удельной поверхности твердых адсорбентов. Потенциальная теория Поляни. Адсорбционный объем и адсорбционный потенциал. Характеристическая кривая адсорбции, ее построение по изотерме полимолекулярной адсорбции. Температурная инвариантность и аффинность характеристической кривой.

Адсорбция газов и паров на пористых адсорбентах. Количественные характеристики пористых тел: пористость, размер пор, удельная поверхность. Классификация адсорбентов по размерам пор.

Адсорбция на переходно-пористых адсорбентах. Капиллярная конден-сация. Влияние формы пор на ход изотермы адсорбции. Капиллярно-конден-сационный гистерезис. Интегральная и дифференциальная кривые распределения объема пор по радиусам.

Особенности адсорбции на микропористых адсорбентах. Изотерма адсорбции. Теория объемного заполнения микропор Дубинина. Уравнение Дубинина-Радушкевича. Молекулярные сита.

Практическое применение твердых адсорбентов для очистки газовых выбросов различных производств от вредных веществ.

1.4.2. Адсорбция на границе жидкость-газ. Влияние адсорбции растворенного вещества на поверхностное натяжение растворителя. Поверхностно-активные вещества (ПАВ), поверхностно-неактивные вещества (ПНВ) и поверхностно-инактивные вещества (ПИВ). Изотермы поверхностного натяжения для водных растворов ПАВ, ПНВ и ПИВ.

Особенности строения молекул ПАВ. Классификация ПАВ по способности к диссоциации в водных растворах: ионогенные (анионные, катионные и амфолитные) и неоногенные. Поверхностная активность; влияние строения молекул ПАВ на ее величину. Правило Дюкло–Траубе. Уравнение Шишковского; связь констант уравнения с поверхностной активностью ПАВ.

Избыточная адсорбция по Гиббсу. Уравнение Гиббса. Изотермы адсорбции по Гиббсу. Абсолютная адсорбция по Лэнгмюру. Уравнение Лэнгмюра. Изотермы адсорбции по Лэнгмюру. Применение уравнений Гиббса и Лэнгмюра для определения площади, занимаемой молекулой ПАВ в поверхностном слое.

1.4.3. Адсорбция на границе твердое тело-жидкость. Молекулярная адсорбция из растворов неэлектролитов на твердых адсорбентах. Факторы, влияющие на молекулярную адсорбцию: природа адсорбента, адсорбата и среды, температура, время. Правило уравнивания полярностей Ребиндера. Экспериментальный метод определения удельной поверхности твердого адсорбента.

Адсорбция ионов из растворов электролитов на твердых адсорбентах (ионная адсорбция). Адсорбция на незаряженной твердой поверхности. Потенциалопределяющие ионы. Потенциал поверхности. Противоионы. Двойной электрический слой (ДЭС). Модели строения ДЭС.

Ионообменная адсорбция. Природные и синтетические иониты, их классификация. Роль ионообменной адсорбции при химических способах очистки воды.

Раздел 2. Дисперсные системы

2.1. Способы получения лиофобных дисперсных систем. Методы диспергирования (измельчение твердых тел, распыление жидкостей и др.). Прочность диспергируемых материалов и дефекты структуры. Адсорбционное понижение прочности твердых тел – эффект Ребиндера.

Конденсационные методы. Физическая конденсация. Образование частиц дисперсной фазы при замене растворителя, конденсации пересыщенных паров. Химическая конденсация. Образование зародышей дисперсной фазы в гомогенной среде в результате химической реакции (обмена, гидролиза, окисления-восстановления). Кинетика образования и роста зародышей дисперсной фазы. Стабилизация дисперсных систем.

Получение гидрозолей методом химической конденсации. Особенности стабилизации гидрозолей. Строение структурной единицы дисперсной фазы гидрозоля. Основные способы очистки гидрозолей (диализ, ультрафильтрация).

2.2. Термодинамика образования лиофильных дисперсных систем. Методы получения лиофильных дисперсных систем. Критерий самопроизвольного диспергирования макрофаз (критерий Ребиндера-Щукина).

Мицеллообразование в растворах коллоидных ПАВ. Критическая концентрация мицеллообразования (ККМ) и методы ее определения. Основные факторы, влияющие на ККМ. Зависимость строения и формы мицелл от концентрации растворов коллоидных ПАВ, от природы среды. Фазовая диаграмма раствора коллоидного ПАВ. Точка Крафта. Коллоидные растворы ПАВ – типичные представители лиофильных дисперсных систем. Солюбилизация. Моющее действие коллоидных растворов ПАВ.

Микроэмульсии как пример лиофильных наносистем; условия их образования.

2.3. Основные свойства дисперсных систем. Влияние природы и дисперсности систем на их свойства.

2.3.1. Кинетические свойства. Молекулярно-кинетические свойства свободнодисперсных систем. Броуновское движение частиц дисперсной фазы – следствие теплового движения молекул дисперсионной среды. Средний сдвиг как характеристика интенсивности броуновского движения частиц. Уравнение Эйнштейна-Смолуховского. Диффузия. Первый закон Фика. Коэффициент диффузии; уравнение Энштейна. Осмотическое давление в золях. Обратный осмос и его практическое применение.

Седиментация в дисперсных системах. Закономерности седиментации в гравитационном поле. Закон Стокса; условия его соблюдения. Седиментационный анализ суспензий. Интегральные и дифференциальные кривые распределения частиц полидисперсной системы по радиусам. Седиментационно-диффузионное равновесие в ультрамикрогетерогенных системах.

2.3.2. Электрические свойства и электрокинетические явления. Электрокинетические явления: электрофорез, электроосмос, потенциал течения и потенциал седиментации. Особенности их проявления в свободно - и связнодисперсных системах. Теория Гельмгольца-Смолуховского. Электрокинетический потенциал; граница скольжения. Методы определения электрокинетического потенциала. Изоэлектрическое состояние в дисперсных системах. Практические приложения электрокинетических явлений.

2.3.3. Оптические свойства. Оптические явления, возникающие при прохождении видимого света через дисперсную систему: отражение, преломление, поглощение и рассеяние. Уравнение Рэлея для процессов светорассеяния в золях, его анализ и условия применимости. Нарушение рэлеевской зависимости интенсивности рассеянного света от длины волны падающего света при увеличении размера частиц. Уравнение Геллера.

Поглощение света окрашенными дисперсными системами. Применение закона Ламберта-Бугера-Бера к мутным средам. Использование фотоэлектроколориметрического метода для оценки мутности дисперсных систем.

Методы определения размеров и концентрации частиц дисперсной фазы, основанные на оптических свойствах дисперсных систем (нефелометрия, турбидиметрия, ультрамикроскопия).

2.4. Устойчивость и коагуляция дисперсных систем. Термодинамические и кинетические факторы устойчивости дисперсных систем. Виды устойчивости дисперсных систем: агрегативная и седиментационная. Коагуляция как результат потери дисперсной системой агрегативной устойчивости. Определение и признаки коагуляции. Факторы, вызывающие коагуляцию дисперсных систем. Кинетика коагуляции. Быстрая и медленная коагуляция. Теория Смолуховского.

Теория устойчивости и коагуляции лиофобных дисперсных систем ДЛФО (Дерягина, Ландау, Фервея, Овербека). Электростатическая составляющая расклинивающего давления. Уравнение для энергии электростатического отталкивания между частицами. Молекулярная составляющая расклинивающего давления. Уравнение для энергии притяжения между частицами. Общее уравнение для энергии взаимодействия частиц дисперсной фазы. Потенциальный барьер и агрегативная устойчивость дисперсной системы. Коагуляция в первичном и вторичном минимумах. Структурообразование как частный случай коагуляции. Коагуляционно-тиксотропные и конденсационно-кристаллизационные структуры. Тиксотропия. Гелеобразование.

Электролитная коагуляция. Индифферентные и неиндифферентные электролиты. Нейтрализационная и концентрационная коагуляция. Порог коагуляции. Правило Шульце-Гарди.

Флокуляция, гетерокоагуляция, адагуляция и взаимная коагуляция. Применение флокуляции и коагуляции для очистки сточных вод химических производств от взвешенных частиц.

2.5. Типы дисперсных систем.

2.5.1. Системы с жидкой дисперсионной средой. Суспензии. Способы получения и стабилизации их в водных и органических средах. Агрегативно устойчивые и агрегативно неустойчивые суспензии, особенности их седиментации. Разбавленные и концентрированные суспензии (пасты) и их свойства. Практическое применение суспензий.

Эмульсии, их классификация и способы получения. Прямые и обратные эмульсии. Методы определения типа эмульсии. Стабилизация эмульсий растворами ПАВ, ВМС и порошками. Правило Банкрофта. Выбор ПАВ для стабилизации эмульсии по числу ГЛБ. Обращение фаз эмульсий. Природные и синтетические эмульсии, их практическое применение.

Пены. Классификация пен. Кратность пен и их строение. Методы получения и стабилизации пен. Пенообразователи. Факторы устойчивости пен. Количественная оценка устойчивости пен. Разрушение пен. Пеногасители. Практическое применение пен.

2.5.2. Системы с газообразной дисперсионной средой. Аэрозоли. Классификация аэрозолей, методы их получения. Молекулярно-кинетические, электрические и оптические свойства аэрозолей. Способы разрушения аэрозолей. Аэрозоли в промышленности и в быту.

Порошки. Классификация порошков. Методы получения. Основные характеристики порошков: форма зерен, дисперсность, насыпная масса, пористость, удельная поверхность и методы их определения. Характерные свойства порошков: способность к течению, распылению, гранулированию, агломерационная способность, слеживаемость. Практическое применение порошков.

2.5.3. Системы с твердой дисперсионной средой. Твердые пены, методы их получения. Пенопласты, пенобетоны, пеностекло. Дисперсные системы с твердой дисперсной фазой и твердой дисперсионной средой (композиционные материалы).

Учебно-методическая карта

Номер раздела, темы, занятия	Название раздела, темы, занятия; перечень изучаемых вопросов	Количество аудиторных часов	Материальное обеспечение занятия (методические пособия и др.)	Литература	Форма контроля
лекции	практические занятия	лабораторные занятия	управляемая самост. работа студентов
1	2	3	4	5	6	7	8	9
	ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ И ДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ 152 ч. (I), 142 ч. (II)*	8		8	136 (I) 126 (II)
	Введение 1 ч.	1					[1, 2]
	Основные разделы и направления науки о поверхностных явлениях и дисперсных системах. Объекты и цели изучения. Понятие о поверхностных явлениях и дисперсных системах. Признаки дисперсных систем – гетерогенность и дисперсность; их единство. Классификации дисперсных систем. Роль поверхностных явлений и дисперсных систем в природе и народном хозяйстве.							Зачет
1	Поверхностные явления 73 ч. (I), 69 ч. (II)	3		4	66 (I) 62 (II)
1.1	Термодинамика поверхностных явлений. Поверхность раздела фаз. Поверхностное натяжение как мера свободной поверхностной энергии, его силовая и энергетическая трактовки. Экспериментальные методы определения поверхностного натяжения. Метод избыточных величин					Методические пособия [3,4]	[1,2]	Зачет
1	2	3	4	5	6	7	8	9
	Гиббса – способ описания термодинамики поверхностных явлений. Классификация поверхностных явлений.
1.2	Адгезия, смачивание, растекание. Адгезия и когезия. Природа сил взаимодействия при адгезии и когезии. Уравнение Дюпре для работы адгезии. Смачивание. Краевой угол смачивания и закон Юнга. Соотношение между работами когезии и адгезии при смачивании (уравнение Дюпре-Юнга). Избирательное смачивание как метод характеристики поверхностей твердых тел. Флотационное обогащение руд. Термодинамические условия растекания жидкостей. Коэффициент растекания по Гаркинсу. Эффект Марангони. Межфазное натяжение на границе между взаимно насыщенными жидкостями. Правило Антонова.	1		2	6 (I) 6 (II)	Методи-ческие пособия [3,4]	[1, 2, 5, 6]	Зачет
1.3	Капиллярные явления. Влияние кривизны поверхности жидкости на внутреннее давление. Капиллярное давление, закон Лапласа. Капиллярные явления. Капиллярное поднятие жидкости, уравнение Жюрена. Зависимость давления насыщенного пара от кривизны поверхности жидкости. Уравнение Томсона (Кельвина). Роль капиллярных явлений в природе и технике.				6 (I) 4 (II)		[1, 2, 5, 6]	Зачет
1.4	Адсорбция. Адсорбция как поверхностное явление. Адсорбат и адсорбент. Природа адсорбционных сил. Физическая адсорбция, хемосорбция. Изотерма, изопикна, изостера и изобара адсорбции. Адсорбция на границе твердое тело-газ. Адсорбция газов и паров на однородной поверхности. Изотерма мономолекулярной адсорбции. Основные положения теории мономолекулярной адсорбции Лэнгмюра. Уравнение Лэнгмюра, его анализ. Линейный вид уравнения. Лэнгмюра и графическое определение его констант. Изотермы полимолекулярной адсорбции. Теория полимолекулярной адсорбции БЭТ. Уравнение БЭТ, его анализ. Линейная форма	2		2	54 (I) 52 (II)	Оборудо-вание, приборы и реактивы лабора-торий кафедры	[1, 2, 4-7]	Отчет по л/б работе, защита контрольной работы, зачет
1	2	3	4	5	6	7	8	9
	уравнения БЭТ, ее практическое применение для определения удельной поверхности твердых адсорбентов. Потенциальная теория Поляни. Адсорбционный объем и адсорбционный потенциал. Характеристическая кривая адсорбции, ее построение по изотерме полимолекулярной адсорбции. Температурная инвариантность и аффинность характеристической кривой. Адсорбция газов и паров на пористых адсорбентах. Количественные характеристики пористых тел: размер пор, удельная поверхность. Классификация адсорбентов по размерам пор. Адсорбция на переходно-пористых адсорбентах. Капиллярная конденсация. Капиллярно конденсационный гистерезис. Интегральная и дифференциальная кривые распределения объема пор по радиусам. Особенности адсорбции на микропористых адсорбентах. Изотерма адсорбции. Теория объемного заполнения микропор Дубинина. Уравнение Дубинина-Радушкевича. Молекулярные сита. Практическое применение твердых адсорбентов для очистки газовых выбросов различных производств от вредных веществ. Адсорбция на границе жидкость-газ. Поверхностно-активные вещества (ПАВ) Изотермы поверхностного натяжения для водных растворов ПАВ. Особенности строения молекул ПАВ. Классификация ПАВ по способности к диссоциации в водных растворах: ионогенные (анионные, катионные и амфолитные) и неоногенные. Понятие о гидрофильно-липофильном балансе молекул ПАВ (число ГЛБ). Поверхностная активность; влияние строения молекул ПАВ на ее величину. Правило Дюкло–Траубе. Избыточная адсорбция по Гиббсу. Уравнение Гиббса. Изотермы адсорбции по Гиббсу. Абсолютная адсорбция по Лэнгмюру и уравнение Лэнгмюра. Изотермы адсорбции по Лэнгмюру. Применение уравнений Гиббса и Лэнгмюра для определения
1	2	3	4	5	6	7	8	9
	площади, занимаемой молекулой ПАВ в поверхностном слое. Адсорбция на границе твердое тело-жидкость. Молекулярная адсорбция из растворов неэлектролитов на твердых адсорбентах. Факторы, влияющие на молекулярную адсорбцию: природа адсорбента, адсорбата и среды, температура, время. Правило уравнивания полярностей Ребиндера. Экспериментальный метод определения удельной поверхности твердого адсорбента. Адсорбцияионов из растворов электролитов на твердых адсорбентах (ионная адсорбция). Адсорбция на незаряженной твердой поверхности. Потенциалопределяющие ионы. Потенциал поверхности. Противоионы. Двойной электрический слой (ДЭС). Модели строения ДЭС. Ионообменная адсорбция. Роль ионообменной адсорбции при химических способах очистки воды.
2	Дисперсные системы 78 ч. (I), 72 ч. (II)	4		4	70 (I) 64 (II)
2.1	Способы получения лиофобных дисперсных систем. Методы диспергирования (измельчение твердых тел, распыление жидкостей и др.). Адсорбционное понижение прочности твердых тел – эффект Ребиндера. Конденсационные методы. Физическая конденсация. Образование частиц дисперсной фазы при замене растворителя, конденсации пересыщенных паров. Химическая конденсация. Образование зародышей дисперсной фазы в гомогенной среде в результате химической реакции (обмена, гидролиза, окисления-восстановления). Получение гидрозолей методом химической конденсации. Особенности стабилизации гидрозолей. Строение структурной единицы дисперсной фазы гидрозоля. Основные способы очистки гидрозолей	1			12 (I) 10 (II)	Методические пособия [3,4]	[1, 2, 5-7]	Зачет, защита контрольной работы
1	2	3	4	5	6	7	8	9
	(диализ, ультрафильтрация).
2.2	Термодинамика образования лиофильных дисперсных систем. Методы получения лиофильных дисперсных систем. Мицеллообразование в растворах коллоидных ПАВ. Критическая концентрация мицеллообразования (ККМ) и методы ее определения. Основные факторы, влияющие на ККМ. Зависимость строения и формы мицелл от концентрации растворов коллоидных ПАВ, от природы среды. Фазовая диаграмма раствора коллоидного ПАВ. Точка Крафта. Коллоидные растворы ПАВ – типичные представители лиофильных дисперсных систем. Солюбилизация. Моющее действие коллоидных растворов ПАВ. Микроэмульсии как пример лиофильных наносистем; условия их образования.	1			12 (I) 10 (II)		[1,2]	Зачет
2.3	Основные свойства дисперсных систем. Влияние природы и дисперсности систем на их свойства. Кинетические свойства. Молекулярно-кинетические свойства свободнодисперсных систем. Броуновское движение частиц дисперсной фазы. Средний сдвиг как характеристика интенсивности броуновского движения частиц. Уравнение Эйнштейна-Смолуховского. Диффузия. Первый закон Фика. Коэффициент диффузии; уравнение Энштейна. Осмотическое давление в золях. Обратный осмос и его практическое применение. Седиментация в дисперсных системах. Закономерности седиментации в гравитационном поле. Закон Стокса; условия его соблюдения. Седиментационный анализ суспензий. Интегральные и дифференциальные кривые распределения частиц полидисперсной системы по радиусам. Седиментационно-диффузионное равновесие в ультрамикрогетерогенных системах.				18 (I) 16 (II)	Методические пособия [3,4]	[5-7]	Зачет, защита контрольной работы
1	2	3	4	5	6	7	8	9
	Электрические свойства и электрокинетические явления. Электрокинетические явления: электрофорез, электроосмос, потенциал течения и потенциал седиментации. Особенности их проявления в свободно и связнодисперсных системах. Электрокинетический потенциал и методы его определения. Изоэлектрическое состояние в дисперсных системах. Практические приложения электрокинетических явлений. Оптические свойства. Оптические явления, возникающие при прохождении видимого света через дисперсную систему: отражение, преломление, поглощение и рассеяние. Уравнение Рэлея для процессов светорассеяния в золях, его анализ и условия применимости. Уравнение Геллера. Поглощение света окрашенными дисперсными системами. Закон Ламберта-Бугера-Бера для окрашенных дисперсных систем. Методы определения размеров и концентрации частиц дисперсной фазы, основанные на оптических свойствах дисперсных систем (нефелометрия, турбидиметрия, ультрамикроскопия).
2.4	Устойчивость и коагуляция дисперсных систем. Термодинамические и кинетические факторы устойчивости дисперсных систем. Виды устойчивости дисперсных систем: агрегативная и седиментационная. Коагуляция как результат потери дисперсной системой агрегативной устойчивости. Определение и признаки коагуляции. Быстрая и медленная коагуляция. Теория устойчивости и коагуляции лиофобных дисперсных систем ДЛФО. Уравнение для энергии электростатического отталкивания между частицами. Уравнение для энергии притяжения между частицами. Общее уравнение для энергии взаимодействия частиц дисперсной фазы. Потенциальный барьер и агрегативная устойчивость дисперсной системы. Структурообразование как частный			4	14 (I) 14 (II)	Оборудо-вание, приборы и реактивы лабора-торий кафедры	[1-6]	Отчет по л/б работе, защита контрольной работы, зачет
1	2	3	4	5	6	7	8	9
	случай коагуляции. Коагуляционно-тиксотропные и конденсационно-кристаллизационные структуры. Тиксотропия. Гелеобразование. Электролитная коагуляция. Индифферентные и неиндифферентные электролиты. Нейтрализационная и концентрационная коагуляция. Порог коагуляции. Правило Шульце-Гарди. Флокуляция, гетерокоагуляция, адагуляция и взаимная коагуляция. Применение флокуляции и коагуляции для очистки сточных вод химических производств от взвешенных частиц.
2.5	Типы дисперсных систем Системы с жидкой дисперсионной средой. Суспензии. Способы получения и стабилизации их в водных и органических средах. Агрегативно устойчивые и агрегативно неустойчивые суспензии, особенности их седиментации. Разбавленные и концентрированные суспензии (пасты) и их свойства. Практическое применение суспензий. Эмульсии, их классификация и способы получения. Прямые и обратные эмульсии. Методы определения типа эмульсии. Стабилизация эмульсий растворами ПАВ, ВМС и порошками. Правило Банкрофта. Выбор ПАВ для стабилизации эмульсии по числу ГЛБ. Обращение фаз эмульсий. Природные и синтетические эмульсии, их практическое применение Пены. Классификация пен. Кратность пен и их строение. Методы получения и стабилизации пен. Пенообразователи. Факторы устойчивости пен. Количественная оценка устойчивости пен. Разрушение пен. Пеногасители. Практическое применение пен. Системы с газообразной дисперсионной средой. Аэрозоли. Классификация аэрозолей, методы их получения. Моле-кулярно-кинетические, электрические и оптические свойства аэрозолей. Способы разрушения аэрозолей. Аэрозоли в про-мышленности и в быту. Порошки. Классификация порошков	2			14 (I) 14 (II)	Методи-ческие пособия [3,4]	[1, 2, 5-6]	Зачет
1	2	3	4	5	6	7	8	9
	Методы получения. Основные характеристики порошков: форма зерен, дисперсность, насыпная масса, пористость, удельная поверхность и методы их определения. Характерные свойства порошков: способность к течению, распылению, гранулированию, агломерационная способ-ность, слеживаемость. Практическое применение порошков. Системы с твердой дисперсионной средой. Твердые пены, методы их получения. Пенопласты, пенобетоны, пеностекло. Дисперсные системы с твердой дисперсной фазой и твердой дисперсионной средой (композиционные материалы).

* I – для специальности 1-54 01 03, II – для специальности 1-57 01 01.

Лабораторные занятия

№№ ЛЗ	Темы лабораторных работ	Кол-во часов	Цели и задачи темы	Формы контроля
1	2	3	4	5
1	Инструктаж по технике безопасности. Выполнение лабораторной работы №1 «Определение удельной поверхности твердого адсорбента»	4	Научить работе на фотоэлектроколориметре. Ознакомиться на практике с поверхностным явлением – адсорбция на границе разде-ла раствор-твердое тело. Научиться по полученным экспериментальным данным производить расчеты пре-дельной адсорбции по Лэн-гмюру и удельной повер-хности твердого адсорбента.	Допуск к ЛР, оформление отчетов, решение задач по теме «Адсорбция».
2	Выполнение ла-бораторной ра-боты № 2 “Опре-деление порога медленной коа-гуляции гидро-золя гидроксида железа”	4	Научиться составлять формулы структурных единиц дисперсной фазы гидрозолей, полученных по реакциям обмена. Освоить на практике турбидиметрический метод анализа.	Допуск к ЛР, оформление отчетов, решение задач по теме «Коагуляция».
3	Выполнение лабораторной работы № 3 “Определение угла смачивания. Расчет работы адгезии»	2	Ознакомиться на практике с поверхностными явлениями – адгезия и смачивание. Освоить методы опреде-ления угла смачивания (метод «пузырька» и метод «капли»)	Допуск к ЛР, оформление отчетов, решение задач по теме «Смачивание и адгезия».

Всего: 3 лабораторных занятия, 8 часов

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

Основная

1. Воюцкий, С. С. // Курс коллоидной химии. . –М.: Химия, 1976.

2. Фролов, Ю. Г. // Курс коллоидной химии. Поверхностные явления и дисперсные системы. –М.: Химия, 1989.

3. Поверхностные явления и дисперсные системы. Методические указания и контрольные задания для студентов-заочников. / и [др]. – Мн.: БГТУ, 2003.

4. Поверхностные явления и дисперсные системы. Программа, методические указания к выполнению лабораторных работ для студентов химико-технологических специальностей заочной формы обучения / , . – БГТУ, 2010.

Дополнительная:

5. Фридрихсберг, Д. А. // Курс коллоидной химии. . –СПб.: Химия, 1995.

6. Зимон, А. Д. // Коллоидная химия. , . – М.: Агар, 2003.

7. Поверхностные явление и дисперсные системы. Вопросы и задачи для самостоятельной работы и контроля текущих знаний студентов./ и [др]. – Мн.: БГТУ, 2004.

Протокол согласования учебной программы с другими дисциплинами

специальностей 1-54 01 03, 1-57 01 01, 1-47 02 01

Название дисциплины, с которой требуется согласование	Название кафедры, которая обеспечивает изучение этой дисциплины	Предложение об изменениях в содержании учебной программы	Решение, принятое кафедрой, разработавшей учебную программу (с указанием даты и № протокола)1
1.  Химико-аналитический контроль промышленных и производственных товаров	ФХМСП
2.  Теория цвета и цветовоспроизведения	ПП
3. Технические основы охраны окружающей среды	ПЭ

Зав. кафедрой ФиКХ, доц. __________________

1 При наличии предложений об изменениях в содержании учебной программы по изучаемой дисциплине