Коллоидная химия изучает дисперсные (мелкораздробленные) системы и поверхностные явления (происходящие на границе раздела фаз)

1. Коллоидная химия изучает дисперсные (мелкораздробленные) системы и поверхностные явления (происходящие на границе раздела фаз). Таким образом, ее объектами являются в том числе многочисленные биологические и экологические процессы.
Например, знание специфических свойств микродисперсных систем, содержащих вредные вещества (гидрофильно-липофильный баланс, способность к адсорбции, электрокинетические свойства), позволяет разрабатывать защитные сооружения, специальные средства и специальную одежду, отвечающие необходимым требованиям.
Для очистки воды от примесей различных солей давно широко используют установки ионообменной адсорбции и обратного осмоса, а эти процессы также являются предметом изучения коллоидной химии.
Для очистки воды от примесей ПАВ, которые способны аккумулироваться в организме человека, изменяя клеточную проницаемость, снижая иммунную защиту и вызывая аллергические реакции, используют такие приемы и методы коллоидной химии, как коагуляция, ультрафильтрация, ультрацентрифугирование и т.п.
Для борьбы с запыленностью рабочих зон (напр., в шахтах, на ГОКах и т.п.) используется метод т.н. “пенного экрана”, позволяющий снижать пылеобразование на 90%. Для создания таких экранов необходимо владеть понятиями поверхностного натяжения, пенообразования, устойчивости пены, ее кратности и т.п. Кроме того, для предотвращения пылеобразования уголь, к примеру, смачивают растворами ПАВ; растворами ПАВ также увлажняют воздух рабочих зон. А ПАВ тоже являются предметом изучения коллоидной химии.
Почва сама по себе представляет коллоидную систему, поэтому предмет почвоведения является частью курса коллоидной химии. Зная свойства почв, можно создать необходимые для оптимального развития растений условия.
Таким образом, коллоидная химия неразрывно связана с защитой окружающей среды.

2. Линеаризованный график изотермы адсорбции Фрейндлиха строится в координатах lg(x/m) = f(lgC). Заполним таблицу исходных данных и построим соответствующий график:

C∙10-3 моль/м3 x/m, моль/кг lg(x/m)

lg(C)

0,006 0,44 -0,35655 -2,22185
0,025 0,78 -0,10791 -1,60206
0,053 1,04 0,017033 -1,27572
0,118 1,44 0,158362 -0,92812

Изотерма адсорбции Фрейндлиха имеет следующий вид:
lgA=lnK+(1/n)lgC
Константы К и n соответствуют следующим геометрическим параметрам:
1/n – тангенс угла наклона прямой;
lgK – отрезок, отсекаемый прямой на оси ординат.
Тогда:
1/n = 2,5
lgK = -1,32
K = 0,048

3. Скорость электрофореза связана с электрокинетическим потенциалом частицы уравнением Гельмгольца-Смолуховского:
U=ΣΣ0ξEfη, где по условию:
По условию:
Е = 120 В/ 0,4 м = 300 В/м- напряженность поля
Σ = 54,1 – диэлектрическая проницаемость
η = 4,5∙10-3 Па∙с – вязкость среды
U = 13,5 мкм/с = 13,5∙10-6 – скорость электрофореза
f = 0,67 – коэффициент формы
ξ=50 мВ=50∙10-3В – дзета-потенциал
Σ0=8,85∙10-12 – диэлектрическая проницаемость вакуума
Линейная скорость электрофореза будет равна:
U=ΣΣ0ξEfη=54,1∙8,85∙10-12∙50∙10-3∙3000,67∙4,5∙10-3 = 2,3∙10-6 м/с
Электрофоретическая подвижность будет равна:
Uэф=ΣΣ0ξ0,67η=54,1∙8,85∙10-1250∙10-30,67∙4,5∙10-3=7,94∙10-9 В/с

4. Процесс коагуляции по Смолуховскому соответствует второму порядку. Линеаризация происходит в координатах ν0/νΣ = f(τ) Построим соответствующий график:

τ,с νΣ∙10-14 ν0/νΣ
0 20,22 1
60 11 1,84
120 7,92 2,55
180 6,3 3,21
300 4,82 4,195
420 3,73 5,42
600 2,86 7,07

Время половинной коагуляции соответствует котангенсу угла наклона прямой:
θ=ctgα = 1/tgα = 1/0,0099 = 101 с
Константа коагуляции находится так же, как константа скорости реакции второго порядка:
K=1ϑ0θ = 1/(20,22*1014*101) = 9,9*10-17

5. Определим радиус частицы, используя формулу Эйнштейна для коэффициента диффузии:
D=RT6πηr, где
Т =18˚C = 291К;
D=0,0695 м2/сутки=0,0695∙10-4/(24∙3600)=8,04∙10-11м2/с
η=0,00115 Па∙с
Отсюда:
r=RTD6πη=1,38∙10-23*2918,04∙10-116∙3,14∙0,00115=2,3∙10-9 м
Найдем объем сферической частицы:
V=4/3∙πr3=5,13∙10-26м3
Определим массу частицы (при плотности по условию ρ = 2,39∙103 кг/м3):
m = ρV = 1,22∙10-22 кг
Тогда молярная масса составит:
M = mNa = 1,22∙10-22*6,02∙1023 = 73,8 кг/моль = 73800 г/моль
6. Приведенная вязкость раствора связана с молекулярной массой полимера формулой:
|η|=KMα, где по условию
К=11,8∙10-5
α=0,666
Для определения приведенной вязкости построим график в координатах:
η-η0η0С = f(C)
С, кг/м3 η-η0η0С
2 0,163
4 0,192
6 0,21
8 0,24
10 0,263

Приведенная вязкость |η| равна длине отрезка, который отсекает прямая на оси ординат:
|η| = 0,14
Тогда молярная масса будет равна:
M0,666 = 0,14/11,8*10-5
М = 41303 г/моль

7. Уравнение Шишковского отражает зависимость поверхностного натяжения растворов от концентрации ПАВ (главным образом жирных карбоновых кислот):
Δσ = B*ln(К*С + 1),
где Δσ — разность поверхностных натяжений раствора и растворителя, b и K – эмпирические постоянные, причём значение В одинаково для всего гомологического ряда, а величина К увеличивается для каждого последующего члена ряда в 3 – 3,5 раза. Уравнение Шишковского может быть получено непосредственно из уравнения изотермы адсорбции Гиббса и связывает последнее с изотермой Ленгмюра. Точность уравнения Шишковского связана с тем, что в нем уже заложено условие насыщения адсорбционного слоя.

8. Молекулярно-кинетические явления обусловлены тем, что частицы дисперсной фазы дисперсных систем участвуют в тепловом движении и подчиняются всем молекулярно-кинетическим законам. Для характеристики непрерывного неупорядоченного движения частиц дисперсной фазы существует термин “броуновское движение”. Это движение возникает под действием ударов молекул растворителя (дисперсионной среды), находящихся в состоянии интенсивного теплового движения. В зависимости от размера частиц их движение может быть различным. Частицы коллоидной степени дисперсности, испытывая с разных сторон многочисленные удары молекул жидкости, могут перемещаться поступательно в самых разнообразных направлениях. Каждая частица испытывает на себе как бы два противоположных воздействия: с одной стороны, система стремится за счет диффузии максимально распределить дисперсную фазу в объеме среды, что соответствует максимальному значению энтропии системы; с другой стороны, на частицу действует сила тяжести, направленная вниз. Поэтому в общем случае поведение частицы характеризуется конкуренцией процессов диффузии и седиментации.
Для истинных растворов нехарактерно явление седиментации, потому что запас энергии и стремление к увеличению энтропии молекулы, участвующей в тепловом движении, намного больше, чем сила тяжести, действующая на нее. Напротив, для грубодисперсных систем вклад диффузии в поведение частицы невелик из-за больших размеров такой частицы. Таким образом, молекулярно-кинетические явления характерны по большей части для коллоидных систем.

9. ПАВ, адсорбируясь на границе раздела фаз, снижают поверхностное натяжение, т.е. уменьшают работу по созданию единицы новой поверхности, поэтому эта новая поверхность может образовываться легче и процесс диспергирования становится энергетически выгодней. Кроме того, при определенных условиях ПАВ могут оказывать т.н. расклинивающее давление (эффект Ребиндера), которое вызвано перекрыванием адсорбционных слоев молекул и сопутствующим возникновением стерического напряжения. Молекулы ПАВ, адсорбируясь в микротрещинах твердого тела, как бы “расталкивают” их стенки, облегчая деструкцию.

10. Высокомолекулярные соединения – продукты химического соединения (полимеризации или поликонденсации) большого количества низкомолекулярных соединений (мономеров), играющих роль отдельных звеньев в макромолекуле полимера; при этом мономеры могут быть одинаковыми (например, из этилена – полиэтилен) или различными (например, остатки разных аминокислот в белках). В результате ВМС имеют большую молекулярную массу (от нескольких тысяч до нескольких миллионов) и ряд специфических физико-химических свойств.
Примеры природных ВМС: белки, полисахариды, натуральный каучук, канифоль.
Примеры синтетических ВМС: полиэтилен, полиэтилентерефталат, полиакриламид, полистирол, синтетический каучук.

Markar 4.5

1. Информационные технологии, Интернет, Мультимедиа 2. Экономика, Банки, Инвестиции, Лизинг 3. Электронная коммерция и Аналитика 4. Менеджмент, Высший менеджмент 5. Торговое дело 6. Маркетинг, Реклама, PR 7. Туризм, Гостиницы, Рестораны

Нанять автора