Поверхностные явления и дисперсные системы (стр. 2 )

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. Адсорбция ионов на заряженной 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 (148 ч.)	34		34	80
	Введение (2 ч.)	2
	Основные разделы, направления, объекты и цели изучения дисциплины. Понятие о поверхностных явлениях и дисперсных системах. Признаки дис-персных систем – гетерогенность и диспер-сность, их единство. Классификации дисперсных систем. Роль поверхностных явлений и диспер-сных систем в природе и народном хозяйстве.							Экзамен
1	Поверхностные явления (54 ч.)	14		14	26
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 яв-лений. Классификация поверхностных явлений.	2		2	2	УМК	[2,4,5]	Экзамен
1	2	3	4	5	6	7	8	9
1.2	Адгезия, смачивание, растекание. Адгезия, когезия, аутогезия. Виды адгезии на различных границах раздела фаз. Уравнение Дюпре. Смачивание и несмачивание твердой поверхности жидкостью. Угол смачивания. Закон Юнга. Связь работы адгезии с углом смачивания (уравнение Дюпре-Юнга). Избирательное смачивание. Лиофиль-ность и лиофобность поверхностей твердых тел. Значение явлений адгезии и смачивания в химической технологии. Термодинамические условия растекания жидкостей. Коэффициент растекания по Гаркинсу. Межфазное натяжение на границе между взаимно насыщенными жидкостями. Правило Антонова.	2		4	2	УМК, оборудование, приборы и реактивы лабораторий кафедры	[5,6,10,12]	Защита отчетов по лабораторным работам, решение задач, экзамен
1.3	Капиллярные явления. Понятие об избыточном давлении жидкости при искривлении ее поверхности. 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.	2		2	2	УМК, оборудование, приборы и реактивы лабораторий кафедры	[5,6,11,12]	Защита отчетов по лабораторным работам, решение задач, экзамен
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 по-верхности. Изотерма мономолекулярной адсорб -	8		4	20	УМК, оборудование, приборы и реактивы лабораторий кафедры	[1-3, 5,6]	Защита отчетов по лабораторным работам, решение задач, экзамен
1	2	3	4	5	6	7	8	9
	ции. Основные положения теории мономоле-кулярной 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 уравнения БЭТ, ее практическое применение для определения удельной повер-хности твердых адсорбентов. Потенцииальная теория Поляни. Адсорбционный объем и адсор-бционный потенциал. Характеристическая кри-вая адсорбции, ее построение по изотерме поли-молекулярной адсорбции. Температурная инва-риантность и аффинность характеристической кривой. Адсорбция газов и паров на пористых адсорбентах. Количественные характеристики пористых тел. Классификация адсорбентов по размерам пор. Адсорбция на переходно-пористых адсорбентах. Капиллярная конденсация. 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. Практическое применение твердых адсорбентов для очистки газовых выбросов различных производств от вредных веществ.
1	2	3	4	5	6	7	8	9
	Адсорбция на границе жидкость-газ. Влияние адсорбции растворенного вещества на поверхностное натяжение растворителя. Особен-ности строения молекул поверхностно-активных веществ (ПАВ). Классификация ПАВ по способности к диссоциации в водных растворах. Поверхностная активность. 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. 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 Ребиндера. Экспериментальный метод определения удельной поверхности твердого адсорбента. Адсорбция ионов из растворов электролитов на твердых адсорбентах (ионная адсорбция). Потенциалопределяющие ионы. Потенциал поверхности. Противоионы. Двойной электрический слой (ДЭС). Модели строения ДЭС. Природные и синтетические иониты, их классификация. Роль ионообменной адсорбции при химических способах очистки воды.
1	2	3	4	5	6	7	8	9
2	Дисперсные системы (92 ч.)	18		20	54
2.1	Способы получения лиофобных дисперсных систем. Методы диспергирования Адсорбцион-ное понижение прочности твердых тел – эффект Ребиндера. Конденсационные методы. Физи-ческая конденсация. Образование частиц дис-персной фазы при замене растворителя, кон-денсации пересыщенных паров. Химическая кон-денсация. Образование зародышей дисперсной фазы в гомогенной среде в результате химии-ческой реакции (обмена, гидролиза, окисления-восстановления). Кинетика образования и роста зародышей дисперсной фазы. Получение гидрозолей методом химической конденсации. Строение структурной единицы дисперсной фазы гидрозоля.	1		4	5	УМК, оборудование, приборы и реактивы лабораторий кафедры	[3,5,6, 9]	Защита отчетов по лабораторным работам, защита индивидуально-го задания, экзамен
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 мицеллообразо-вания (ККМ) и методы ее определения. Основ-ные 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 систем. Солюбилизация. Моющее действие коллоидных растворов ПАВ. Микроэмульсии.	1		2	5	УМК, оборудование, приборы и реактивы лабораторий кафедры	[1,2,4, 5,11]	Защита лабораторных работ, экзамен
1	2	3	4	5	6	7	8	9
2.3	Основные свойства дисперсных систем. Влияние природы и дисперсности систем на их свойства. Кинетические свойства. Молекулярно-кине-тические свойства свободнодисперсных систем. Броуновское движение частиц дисперсной фазы – следствие теплового движения молекул дис-персионной среды. Средний сдвиг как харак-теристика интенсивности броуновского движе-ния частиц. Уравнение Эйнштейна-Смолухов-ского. Диффузия. Первый закон Фика. Коэф-фициент диффузии; уравнение Энштейна. Осмо-тическое давление в золях. Обратный осмос и его практическое применение. Седиментация в дисперсных системах. Законо-мерности седиментации в гравитационном поле. Закон Стокса; условия его соблюдения. Седи-ментационный анализ суспензий. Интегральные и дифференциальные кривые распределения частиц полидисперсной системы по радиусам. Седиментационно-диффузионное равновесие в ультрамикрогетерогенных системах. Электрические свойства и электро-кинетические 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 электрокине-тического потенциала. Практические приложения электрокинетических явлений.	4		6	20	УМК, оборудование, приборы и реактивы лабораторий кафедры	[1-7, 9,10]	Защита лабораторных работ, решение задач, экзамен
1	2	3	4	5	6	7	8	9
	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. Применение закона Ламберта-Бугера-Бера к мутным средам. Использование фотоэлектроколориметра для оценки мутности дисперсных систем. Методы определения размеров и концентрации частиц дисперсной фазы, основанные на оптических свойствах дисперсных систем.
2.4	Устойчивость и коагуляция дисперсных систем. Термодинамические и кинетические факторы устойчивости дисперсных систем. Виды устойчивости дисперсных систем: агрегативная и седиментационная. Коагуляция. 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 и молекулярная составляющие расклинивающего давления. Уравнение для энергии взаимодействия частиц дисперсной фазы. Потенциальный барьер и агрегативная устойчивость дисперсной системы. Коагуляция в первичном и вторичном минимумах.	4		6	4	УМК, оборудование, приборы и реактивы лабораторий кафедры	[1-7, 10]	Защита лабораторных работ, защита индивидуаль-ного задания, экзамен
1	2	3	4	5	6	7	8	9
	Структурообразование как частный случай коагуляции. Коагуляционно-тиксотропные и конденсационно-кристаллизационные структуры. Тиксотропия. Гелеобразование. Электролитная коагуляция. Индифферентные и неиндифферентные электролиты. Нейтрали-зационная и концентрационная коагуляция. Порог коагуляции. Правило Шульце-Гарди. Флокуляция, гетерокоагуляция, гетероадагуля-ция и взаимная коагуляция. Применение флоку-ляции и коагуляции для очистки сточных вод химических производств от взвешенных частиц.
2.5	Типы дисперсных систем Системы с жидкой дисперсионной средой. . Агрегативно устойчивые и агрегативно неустойчивые суспензии. Способы получения и стабилизации их в водных и органических средах, особенности разрушения. Разбавленные и концентрированные суспензии (пасты) и их свойства. Практическое применение суспензий. Эмульсии, их классификация и способы получе-ния. Прямые и обратные эмульсии. Методы опре-деления типа эмульсии. Стабилизация эмульсий растворами ПАВ, ВМС и порошками. Правило Банкрофта (выбор ПАВ для стабилизации эмуль-сии по числу ГЛБ). Природные и синтетические эмульсии, их практическое применение. Пены. Классификация пен. Кратность пен и их строение. Методы получения и стабилизации пен. Пенообразователи. Факторы устойчивости пен. Разрушение пен. Пеногасители. Практическое применение пен.	8		4	20	УМК, оборудование, приборы и реактивы лабораторий кафедры		Защита лабораторных работ, экзамен
1	2	3	4	5	6	7	8	9
	Системы с газообразной дисперсионной средой. Аэрозоли. Классификация аэрозолей, методы их получения. Молекулярно-кине-тические, 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. 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). Наносистемы.

ТЕМАТИКА ЛАБОРАТОРНЫХ ЗАНЯТИЙ