Классификация поверхностных явлений.

Предмет коллоидной химии. Почему поверхностные явления и дисперсные системы изучают в рамках одной дисциплины -коллоидной химии? Значение коллоидной химии для технологии.

Под дисперсной системой понимают гетерогенную систему состоящую минимум из 2 фаз. Фаза состоит из отдельных частиц называемых дисперсной фазой(она непрерывна и дисперсна). Фаза в которой распределены частицы называют дисперсной средой(она непрерывная и сплошная). Ультрадисперсные системы: размер 1-100нм. Объекты: пленки, нити, капилляры, тк в них больше всего проявляются поверхностные явления.

n,%

50

             10^-9      l,м

Фундаментальные особенности ультрадисперсного состояния вещества: состояние которое находится между молекулярным соединением и компактной массой материала. Причины характеризующие ультрадисперсные частицы:1)n^s=n^v; F^s=U 2)колебания поверхностных атомов ультрадисперсных частиц происходит с большей амплитудой и меньшей частотой, чем в объеме 3)если размеры частиц в пределах 10-30нм, то в металлических частицах возникают 2 типа-1) внешняя икосаиндрическая 2) внутренняя 4) структура ультрадисперсных частиц метастабильна и соответствует энергонасыщенному состоянию вещества, что приводит к усилению физико-химических и физико-механических свойств.

Признаки объектов коллоидной химии: гетерогенность и дисперсность.

-Гетерогенность- качественный признак изучаемых объектов, указывающий на наличие нескольких фаз (σ_мф)

-Дисперсность (раздробленность) вещества -количественный признак. Оценивается 3 параметрами: 1) d, l, a- метры 2) D-дисперсность =1/а (м^-1) 3)удельная поверхность S_уд=S₁₂/V (м^-1); S_уд=S₁₂/V (м²/кг); S_уд=4πr²/(4/3) πr³=3/r- для сферической частицы.

Оба признака неотделимы друг от друга.

-Поверхностная энергия: F= σ_мф* S₁₂

Основные свойства лиозолей:1) рассеянье света (ополиссенция) 2)медленная диффузия 3) малое и непостоянное по величине осмотическое давление 4)диализ 5)электрофорез

5) седиментационная устойчивость 7) способность к выпадению осадка при механическом воздействии или добавлении электролита, происходит без теплового эффекта(коагуляция)

Классификация дисперсных систем по размерам частиц дисперсной фазы.

Подразделяются на 1) ультрадисперсные (ультрамикрогетерогенные) частицы, размер 1-100нм 2) микрогетерогенные 10^-7(-6)-10^-5(-4) (1-100мкм) 3) грубодисперсные больше 10^-4

Sуд

                                                 1-молекулярнодисперсные( не могут образовывать

                                                     дисперсных фаз)

  1 2   3    4           2- ультрадисперсные

                                                 3- микрогетерогенные

                                                 4- грубодисперсные

                                                  d, м

4. Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию дисперсной фазы и дисперсной среды.

Классификация дисперсных систем по взаимодействию дисперсной фазы и дисперсионной среды.

6. Классификация дисперсных систем по взаимодействию частиц дисперсной фазы.

Свободнодисперсные системы(без структурные системы, аэрозоли, дымы, суспензии, эмульсии)

Связнодисперсные системы(гели, пены эмульсии).

Классификация поверхностных явлений.

1) физические- изотермическая перегонка, смачивание, коагуляция (способность к выпадению осадка при механическом воздействии или добавлении электролита, происходит без теплового эффекта); в твердых телах- трение, адгезия.

2) химические- адсорбция, коррозия dG=SdT+VdP+σdS+Σμ_in_i+φdq

1) σdS ↔dG, увеличение дисперсности следовательно увеличение реакционоспособности

2) σdS ↔SdT, может переходить в теплоту( при изотермической перегонке, смачивании)

3) σdS ↔ VdP,может переходить в механическую энергию ( при адсорбции, адгезии)

4) σdS ↔ Σμ_in_i, может переходить в химическую энергию (когезия)

5) σdS ↔ φdq, может переходить в электрическую энергию (двойной электрический слой)

Термодинамика поверхностного слоя

δ толщина поверхностного слоя

8. Общие причины отличия состояния поверхностного слоя от объемных фаз. Изменение плотности свободной энергии на границе раздела в лиофобных и лиофильных системах.

Отличия:1) отличие внутренней энергии U^α≠U^β≠U^s 2) взаимодействие в поверхностном слое осуществляется в нескомпенсированном силовом поле.

                  Несимметричное силовое поле( на поверхности) сила направлена в более плотное силовое поле dA=-σdS dF=σdS

σ поверхностное натяжение- обратимая изотермическая работа   

образования единицы поверхности, которая затрачивается на преодоление межмолекулярных сил и переходит в поверхностную энергию; сильно зависит от температуры и полярности вещества. плотности в различных фазах не равны между собой (f)

3) число компонентов не равны между собой n_i^α≠n_i^β≠n^s 4) S ^α≠S ^β≠S^s

             S^s >S^β                                  S^s >S^α

Интенсивные и экстенсивные свойства гетерогенных систем

Интенсивные свойства- при составлении сложной системы выравниваются независимо от количества (p,T,μ_i, (д F/дv) ;

                 δ-толщина поверхностного слоя       

                 f     δ≈10А°, F>0        f            δ≈100-1000А°

                      f                                      f

Лиофобная система            лиофильная система

Экстенсивность- при составлении сложной системы свойства складываются, зависят от количества вещества (m, n_i, U, S, F, G)Uα=U^β=U^s