Зміст
I. Розділ В«Молекулярно - кінетичні властивості колоїдних системВ»
II. Розділ В«Оптичні властивості колоїдних системВ»
III. Розділ В«Структурно - механічні властивості дисперсних системВ»
IV. Розділ В«Розчини ВМСВ»
V. Розділ В«Представники гетерогенно - дисперсних системВ»
Література
I . Розділ В«Молекулярно - кінетичнівластивості колоїдних систем В»
1. Молекулярно -кінетичні властивості колоїдів. Броунівський рух
Молекулярно-кінетичнівластивості колоїдних систем і розчинів ВМС, як і газів, і молекулярних абоіонних розчинів, виявляються в таких явищах, як броунівський рух,дифузія, осмотичний тиск. Частинки ультрамікрогетерогенних систем (золів,аерозолів) беруть участь в тепловому русі і підкоряються всім молекулярно-кінетичнимизаконам. Завдяки цьому можна експериментально визначити розмір, масу таконцентрацію частинок дисперсної фази.
Броунівський рух(Назву дано на честь англійського ботаніка Броуна, що виявив за допомогоюмікроскопа безперервний рух дрібних частинок квіткового пилку, зважених вводі) проявляється в хаотичному і безперервному русі частинок дисперсної фазипід дією ударів молекул розчинника (дисперсійного середовища), що знаходяться встані інтенсивного теплового руху. Залежно від розміру часток їхрух може бути різним.
Частинки колоїдноїступеня дисперсності, випробовуючи з різних сторін численні удари молекулрідини, можуть переміщатися поступально в найрізноманітніших напрямках. Якщочастка має порівняно великий розмір, то число ударів велике, і повідповідним законом статистики результуючий імпульс стає рівнимнулю, така частинка не може рухатися під дією теплового рухумолекул.
Крім того, частинки звеликою масою володіють інерційністю і малочутливі до ударів молекул.Дуже малі частки мають значно менші масу і поверхню. На такучастинку буде припадати істотно менше число ударів, тому ймовірністьнерівномірного розподілу імпульсів, одержуваних з різних сторін,збільшується. Це відбувається як внаслідок неоднакового числа ударів зрізних сторін частинки, так і внаслідок різної енергії молекул, що зіштовхуютьз частинкою. В залежності від розмірів частинка набуває коливальний,обертальний і поступальний рух.
Таким чином,броунівський рух є наслідком теплового руху в дисперсійномусередовищі і прямим відображенням статистики.
Броунівський рух - наслідок випадковихмікроотклоненій (флуктуацій), ефект яких зростає зі зменшенням розмірівсистеми, і наочний прояв відхилень від другого закону термодинаміки вмікросистемах, тобто підтвердження його статистичного характеру.
2.Осмотіческоетиск. Рівняння Вант-Гоффа
Осмотичний тиск урозчині або золі описується таким суворим термодинамічним співвідношенням:
(1)
де - різниця міжхімічними потенціалами розчинника при встановленні рівноваги щодополунепроніцаемой мембрани; - середній парціальний молярнийоб'єм розчинника; - активність розчинника врозчині.
У рівнянні (1) можнаактивність замінити мольна частками
(2)
де - мольна часткарозчинника і дисперсної фази відповідно; - раціональний осмотичнийкоефіцієнт.
Якщо золь розбавлений, то розклавшив ряд логарифм, обмежившись першим членом ряду і використавши рівність, одержиморівняння Вант-Гоффа:
(3)
де - масоваконцентрація; - молекулярна маса частинки.
Осмотичний тискдисперсної системи визначається тільки чисельної концентрацією і залежить відприроди і розміру частинок. Мале осмотичний тиск колоїдної системипояснюється завдяки великій масі колоїдних частинок при одній і тій дружинвагової концентрації чисельна концентрація колоїдної системи завждизначно менше, ніж у істинного розчину.
Друга особливістьосмотичного тиску ліозолі - його мінливість - пояснюється явищемагрегації, характерним для колоїдних систем.
Мале значення інепостійність осмотичного тиску ліозолі є причиною того, щоосмометром, а також кріоскопії і ебулліоскопія не застосовуються для визначеннячисельної концентрації або розміру колоїдних систем.
3. Дифузія. Їїпрактичне значення. Рівняння Ейнштейна. Зв'язок між середнім зрушенням ікоефіцієнтом дифузії. Рівняння Фіка
дифузії називаютьмимовільний процес вирівнювання концентрації часток по всьому об'ємурозчину або газу під впливом броунівського руху.
Процесдифузії йде мимоволі, оскільки він супроводжується збільшенням ентропіїсистеми. Рівномірний розподіл речовини в системі відповідає найбільшвірогідному її станом.
Часто за причину дифузіїприймають осмотичний тиск. Це подання було розвинене Нернстом (1885 р.). Так як осмотичний тиск може виявлятися лише при наявності полунепроніцаемой перегородки,то це тиск безглуздо розглядати як якусь реальну силу,існуючу поза зв'язку з мембраною. Тим не менш, осмотичний тиск,є також результатом хаотичного руху молекул, іноді зручноприймати за причину дифузії.
Перенесення маси вВнаслідок дифузії схожий з закономірностями перенесення тепла чи електрики- Це лягло в основу першого закону дифузії (Фік, 1855р.).
де - кількість продифундувати речовини;
- коефіцієнт дифузії, що залежитьвід властивостей дифундують частинок і середовища;
- градієнт концентрації;
- площа, через яку йдедифузія;
- тривалість дифузії.
Знак мінус перед правоючастиною рівняння, оскільки із збільшенням значень величина зменшується. Рівняння можнапредставить у вигляді:
,
де - питомий потікдифузії, що характеризує кількість речовини, що переноситься за одиницю часучерез одиницю площі.
,
Беручи звідси, тобто коефіцієнтдифузії чисельно дорівнює кількості речовини, про дифундувати через одиницюплощі в одиницю часу.
,
Це рівняння Ейнштейна.Для частинок, за формою близьких до сферичним,.
,
де - маса 1 моляречовини.
Так як існує зв'язокміж броунівським рухом і дифузією, то повинна існувати зв'язок міжсереднім квадратичним значенням проекції зміщення частинки і коефіцієнтомдифузії.Цей зв'язок була встановлена ​​Ейнштейном (1905р.) і незалежно від ньогоСмолуховським (1906 р.):
,
Користуючись рівняннямЕйнштейна-Смолуховського і, знаючи і всіх величин, можна обчислитичисло Авогадро.
Теорія броунівськогоруху, створена Ейнштейном і Смолуховським, підтвердила реальнеіснування молекул. Дослідження броунівського руху привело до створеннятеорії флуктуації і сприяло розвитку статичної фізики.
Флуктуації представляютьсобою спонтанні відхилення якого-небудь параметра від середнього рівноважногозначення в досить малих обсягах системи. Флуктуація єявище як би зворотне явищу дифузії.
4. Гіпсометричнийзакон Лапласа
Рівняння Лапласа носить назву гіпсометричногозакону.
,
Цей закон бувекспериментально підтверджений Перреном (1910г.). Вивчаючи розподілмонодисперсних суспензій гуммігута, він використовував рівняння Лапласа для визначеннячисла Авогадро, яке виявилося рівним 6,82 * 10 23 (точне значення6,024 * 10 23 ). Гіпсометричний закон дотримується і в аерозолях,частинки яких мають невелику щільність і розмір не більше 0,05 мкм.
Цьому закону підпорядковуєтьсярозподіл газу по висоті:
,
За допомогою цієї формулизручно обчислювати для будь свободнодісперсной системи розмір, що подає собоювисоту, на яку треба піднятися, щоб чисельна концентрація зменшилася з до.
5 Кінетична абоседиментаційна стійкість колоїдно-дисперсних систем. Седиментаційниханаліз. Виведення рівняння радіусу частинок. Криві розподілу. Монодисперснихі Полідісперсность. Методи седиментационного аналізу (в полі земного тяжіння,в полі відцентрової сили - центрифугування). Їх практичне значенн...
