План чтения лекций

Содержание курса

  1. ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ.

            Поверхность раздела фаз, её параметры; дисперсность, кривизна поверхности, удельная поверхность. Поверхностное натяжение как мера энергии Гиббса межфазной поверхности. Поверхностное натяжение и природа жидких и твёрдых тел.

            Уравнение Гиббса-Гельмгольца для внутренней (полной) энергии поверхностного слоя. Процессы самопроизвольного уменьшения поверхностной энергии. Формирование структуры поверхностного слоя. Поверхностное натяжение и адсорбция. Полная и избыточная (гиббсовская) адсорбция, уравнение Гиббса, вывод и анализ.

            Адсорбция газов и паров на однородной поверхности. Уравнение изотермы мономолекулярной адсорбции. Линейная форма уравнения Ленгмюра. Теория полимолекулярной адсорбции БЭТ. Уравнение изотермы адсорбции БЭТ, анализ, условия применения. Линейная форма уравнения БЭТ и расчёт его констант. Определение удельной поверхности дисперсных систем.

            Уравнение Гиббса для адсорбции из разбавленных растворов.

Поверхностно-активные (ПАВ) и поверхностно-инактивные вещества.

Строение молекул ПАВ и его влияние на величину поверхностной активности. Правило Дюкло–Траубе. Зависимость поверхностного натяжения от состава раствора. Уравнение Шишковского. Строение адсорбционного слоя и определение размеров молекул.

            Молекулярная адсорбция из растворов. Уравнение изотермы адсорбции и его анализ. Влияние различных факторов на  адсорбцию. Адгезия, смачивание. Краевой угол смачивания. Лиофильность и лиофобность поверхности. Изменение лиофильности с помощью ПАВ.

Влияние кривизны поверхности на внутреннее давление (формула Лапласа). Сущность капиллярных явлений. Значение смачивания, капиллярных явлений в технике, химической технологии.

Адсорбция ионов. Правило Панета-Фаянса. Механизм образования двойного электрического слоя (ДЭС). Строение ДЭС. Потенциал поверхности и электрокинетический потенциал. Распределение потенциала поверхности. Влияние электролитов на толщину ДЭС и электрокинетический потенциал. Изоэлектрическая точка. Перезарядка. Электрокинетические явления и их практическое применение. Уравнение Гельмгольца-Смолуховского для расчёта электрокинетического потенциала.

  1. ДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ.

            Дисперсность и термодинамические свойства систем. использование изменений термодинамических свойств тел от их дисперсности в химической технологии.

Основные условия получения коллоидных систем. Синтез коллоидных систем методами диспергирования и конденсации.

Оптические свойства и методы исследования дисперсных систем. Эффект Тиндаля. Уравнение Релея для светорассеяния и его анализ, влияние дисперсности на рассеяние света. Определения дисперсности по методу Геллера.

            Нефелометрия, ультрамикроскопия, как методы определения дисперсности и концентрации золей. Световая и электронная микроскопия как методы исследования размеров и форм частиц.

            Молекулярно-кинетические свойства золей. Броуновское движение. Средний сдвиг как характеристика интенсивности броуновского движения. Соотношение между средним сдвигом и коэффициентом диффузии. Уравнение Эйнштейна-Смолуховского. Диффузионно-седиментационное равновесие в золях. Седиментационная устойчивость. Седиментация и дисперсионный анализ: кривые седиментации, распределение частиц по размерам. Способы расчёта средних размеров частиц. Определение удельной поверхности.

            Агрегативная устойчивость и коагуляция дисперсных систем. Коагуляция как результат потери агрегативной устойчивости. Лиофильные и лиофобные дисперсные системы. Критерий лиофильности по Ребиндеру.

            Растворы коллоидных ПАВ как лиофильные дисперсные системы. Гидрофильно-липофильный баланс. Классификация и общая характеристика ПАВ. Ионогенные и неионогенные коллоидные ПАВ. Самопроизвольное мицеллообразование в растворах ПАВ. Влияние среды и концентрации растворов на строение и форму мицелл. Солюбилизация. Критическая концентрация мицеллообразования (ККМ) и методы её определения. Основные факторы её определения. Основные факторы, влияющие на ККМ. Механизм моющего действия ПАВ. Применение коллоидных ПАВ в промышленности.

            Лиофобные системы. Понятие о расклинивающем давлении как факторе стабилизации лиофобных дисперсных систем. Коагуляция лиофобных дисперсных систем. Правило коагуляции электролитами. Эффективность соударений между частицами и потенциальный барьер. Кинетика коагуляции по Смолуховскому. Кривая кинетики коагуляции. Время половинной коагуляции. Влияние различных факторов на агрегативную устойчивость. Коэффициент стабильности (фактор устойчивости).

Основы теории и устойчивости и коагуляции ДЛФО. Электростатическая составляющая расклинивающего давления. Изменение энергии отталкивания и притяжения с расстоянием между частицами. Потенциальные кривые парного взаимодействия ионостабилизированных частиц и их анализ. Энергетический барьер и его зависимость от толщины диффузного слоя.

Коагуляция в первичном и вторичном минимумах. Электролитная коагуляция. Нейтрализационная и концентрационная коагуляция. Порог коагуляции, зависимость от заряда коагулирующего иона в соответствии с теорией ДЛФО. Правила Щульце-Гарди. Неионные составляющие расклинивающего давления: адсорбционно-сольватная, энтропийная; структурно-механический барьер.

            Астабилизация золей и структурообразование по теории ДЛФО. Структурообразование как частный случай коагуляции. Виды контактов между частицами: коагуляционный, точечный и фазовый.

Типы структур: коагуляционно-тиксотропные и конденсационно-кристаллизационные.

            Реология как метод исследования структуры дисперсных систем.

Основные реологические свойства: упругость, пластичность, вязкость, прочность. Напряжение и деформация. Методы изучения деформационных свойств структурированных систем. Приборы для изучения деформационно-прочностных свойств структурированных систем. Классификация систем по реологическим свойствам. Ньютоновские и неньютоновские жидкости. Вязкость агрегативно устойчивых дисперсных систем. Уравнение Эйнштейна. Жидкообразные и твёрдообразные системы. Бингамовские и небингамовские твёрдообразные системы.

Типичные кривые течения жидкообразных и твёрдообразных структурированных систем. Характеристики прочности структуры, факторы, определяющие прочность  структуры: дисперсность, форма частиц, концентрация, виды контакта между частицами. Кинетика деформации упруго-пластических систем при постоянном напряжении. Теория структурообразования (физико-химическая механика) - основа получения материалов с заданными свойствами. Работы школы  П.А. Ребиндера.

Last modified: Monday, 11 November 2013, 12:44 PM