Коллоидная химия. Поверхностные явления

1. Коллоидная химия 1.Поверхностные явления

Поверхностные явления – процессы проходящие на границе раздела фаз,
вследствие особого энергетического состояния частиц поверхностного слоя
Поверхностная энергия Gs – разность средней энергии частицы,
находящейся на поверхности, и частицы, находящейся в объеме фазы,
умноженная на число частиц на поверхности N:

2.

3.

2. Капиллярные явления

4.

5. Поверхностно-активные вещества

ПАВ -химические соединения, которые, концентрируясь
на поверхности раздела фаз, вызывают снижение
поверхностного натяжения.
Состоят:
полярная часть, гидрофильный компонент
-ОН, -СООН, -SOOOH, -O- ,ОNa, -СООNa, -SOOONa
неполярная (углеводородную) часть, гидрофобный
компонент

6.

σ(С)
ПИВ
σ0
ПНВ
ПАВ
С

7.

Уменьшение поверхностного натяжения и, следовательно,
поверхностной энергии происходит в результате адсорбции ПАВ на
поверхности раздела жидкость – пар, т.е. того, что концентрация
поверхностно-активного вещества в поверхностном слое раствора
оказывается больше, чем в глубине раствора

8.

Сорбция

9.

Адсорбция
Физическая
10-80 кДж/моль
Химическая
Более 100 кДж/моль
Физическая - ван-дер-ваальсовы взаимодействия. Она обратима и
адсорбция уменьшается при повышении температуры, (инертные газы
на угле).
Хемосорбция - необратима; молекулы адсорбата не могут
перемещаться по поверхности адсорбента. Энергии активации 40 – 120
кДж/моль, повышение температуры способствует её протеканию.
(кислород на металлах)

10.

Изотерма адсорбции
Ленгмюра, мономолекулярная
адсорбция
Поверхностный избыток Г (гамма), равен числу молей
растворенного вещества в поверхностном слое

11.

Адсорбция из растворов электролитов
1 Адсорбируются преимущественно ионы одного вида.
2.Механизм : обменная и специфическая
Обменная адсорбция - обмен ионов между раствором и твердой
фазой, при Специфична, т.е. для данного адсорбента к обмену
способны только определенные ионы
При специфической адсорбции адсорбция на поверхности твердой
фазы ионов какого-либо вида не сопровождается выделением в
раствор эквивалентного числа других ионов того же знака;
твердая фаза при этом приобретает электрический заряд.
Двойной электрический слой. Взаимодействие
концентрирующихся на поверхности зарядов приводит к
понижению поверхностной энергии системы.
Адсорбируется ион, который достраивает его кристаллическую
решетку или может образовывать с одним из ионов, входящим в
состав кристалла, малорастворимое соединение.

12.

Двойной электрический слой

13.

Дисперсные системы -
Системы, в которых одно вещество
равномерно распределено в виде частиц внутри другого вещества
Дисперсные
вещества
Грубодисперсные
Среднедисперсные
d ≥ 10–6 м
10–6 м ≥ d ≥ 10–7 м
Высокодисперсные
(наносистемы)
10–7 м ≥ d ≥ 10– 9 м
Пористые объекты
Сплошные объекты
● Мицеллы, поверхностные слои.
● Квантовые объекты
Нанокластеры (3D), Нанопленки (2D), Нанонити (1D),
Наноточки (0D)
● нанотрубки
Молекулы
● нанопористые
материалы
полимеров

14.

15.

Оптические свойства
ЭФФЕКТ ТИНДАЛЯ
Для непроводящих наноразмерных частиц характерно явление
светорассеяния

16.

ЭФФЕКТ ТИНДАЛЯ

17.

Наночастицы золей металлов в значительной мере поглощают световые
волны, превращая часть их энергии в тепло. Длина волны поглощаемой
части спектра зависит от размера наночастиц металла. С увеличением
дисперсности максимум поглощения сдвигается с сторону более коротких
волн
5 нм
AuCl3
10 нм
20 нм
70 нм
50 нм
100 нм

18.

Методы получения коллоидных растворов
Расщепление
коагулировавшего золя
Механическое
измельчение до частиц
коллоидного размера
Диспергиро
-вание
Пептизация
Замена растворителя
(получение золя канифоли)
Конденсация
Химическая реакция
AgNO3 + KI ––> AgI + KNO3

19.

Строение коллоидной мицеллы
{[AgI]m · nAg+ · (n-x)NO3–}x+ · x NO3–
{[AgI]m · nI– · (n-x)K+}x– · x K+

20.

nKI+ mAgNO 3 (изб.) = {[AgI]m · nAg+ · (n–x)NO3–}x+ · x NO3–
1)AgI – нерастворимый агрегат;
2) при избытке AgNO3 адсорбирует ионы Ag+ , ядро – заряжается
положительно;
3) к ядру притягиваются противоионы NO3–, образуя сначала
адсорбционный слой, а затем диффузный слой противоионов.
nKI (изб.) + mAgNO3 = {[AgI]m · nI– · (n–x)K+}x– · x K+
1)AgI – нерастворимый агрегат;
2) при избытке KI адсорбирует ионы I– ; ядро – заряжается отрицательно;
3) к ядру притягиваются противоионы калия, образуя сначала
адсорбционный слой, а затем диффузный слой противоионов.

21.

Мицелла золя гидроксида железа
{[Fe2O3· 6H2O]m · nFe3+ · 3(n–x)Cl–}3x+ · 3x Cl– ,
полученного гидролизом FeCl3

22.

23.

Электрокинетические явления
Движение частиц дисперсной фазы в электрическом поле называется
электрофорезом.
Движение дисперсной среды в электрическом поле относительно неподвижной
дисперсной фазы (в рассмотренном случае – относительно поверхности
пористых тел) называется электроосмосом.
.

24.

Устойчивость золей
Кинетическая – постоянство концентрации дисперсной фазы
(обусловлена броуновским движением).
Агрегативная – постоянство дисперсной фазы (обусловлено
наличием у частиц одноименного заряда).
КОАГУЛЯЦИЯ - слипание частиц
дисперсной фазы
ФЛОКУЛЯЦИЯ – образование хлопьев
СЕДИМЕНТАЦИЯ - осаждение
ПЕПТИЗАЦИЯ - процесс, обратный
коагуляции, а именно - переход коагулята в
золь

25.

Коагулирующим действием обладает ион электролита, заряд которого
противоположен заряду коллоидных частиц, причем коагулирующее
действие иона тем сильнее, чем больше его заряд