Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ:  Археология Биология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия ЭкологияТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву 
Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Отпечатано с готовых диапозитивовСтр 1 из 8Следующая ⇒
ББК 24.6 3 66 ОГЛАВЛЕНИЕ
Зимон А.Д., Лещенко Н.Ф. Коллоидная химия: Учебник для вузов. - 3-е изд., доп. и исправл. - ML: АГАР, 2001. -320 с, илл. Лицензия ИД №03740 от 12.01.2001 г. ISBN 5-89218-127-8 Налоговая льгота - Общероссийский классификатор продукции ОК-005-93, том 2; 953000 - книги, брошюры. В соотнетствии с программой курса рассмотрены основополагающие представления о закономерностях коллоидной химии как науки о поверхностных явлениях и дисперсных системах. Материал третьего издания (первое - 1995 г.) существенно переработан и изложен с учетом особенностей многочисленных дисперсных систем, встречающихся в различных отраслях промышленного и сельскохозяйственного производства и в природных явлениях.
КОЛЛОИДНАЯ ХИМИЯ Формат 60 х 90/16. Тираж 2000 экз. Бумага газетная, 20 печ. л. Подписано в печать 29.11.02 г. Заказ № 2809 Отпечатано с готовых диапозитивов в Государственном ордена Октябрьской Революции, ордена Трудбвого Красного Знамени Московском Предприятии «Первая Образцовая типография» Министерства Российской Федерации по делам печати, телерадиовещания и средств массовых коммуникаций. 1 13054, Москва, Валовая, 28 ©Зимон Л. Д., Лещенко Н. Ф., 2001 ©Издательство АГАР, 2001 Принятые обозначения основных величин................................................................ 7 Предисловие ко второму изданию.............................................................................. 8 Введение...................................................................................................................... Ю РАЗДЕЛ ПЕРВЫЙ ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ Глава 1. Характеристика и классификация дисперсных систем............ 15 1.1. Коллоидная химия — наука о поверхностных явлениях и дисперсных системах........................................................................ 16 1.2. Классификация дисперсных систем........................................................ 19 1.3. Характеристика дисперсной фазы.......................................................... 26 Упражнения................................................................................................................... 28 Глава 2. Поверхностная энергия и поверхностные явления........................... 30 2.1. Термодинамические основы поверхностных явлений.......................... 30
2.2. Энергетический и силовой аспекты поверхностного натяжения........................................................................................... 33 2.3. Поверхностные явления как результат самопроизвольных процессов уменьшения поверхности раздела фаз и 2.4. Особенности искривленной поверхности раздела фаз.......................... 42 Упражнение................................................................................................................... 45 Г л а в а 3. Адгезия................................................................................................... 46 3.1. Виды адгезии............................................................................................ 46 3.2. Термодинамические основы адгезии...................................................... 48 3.3. Адгезия жидкости и смачивание............................................................ 50 3.4. Особенности адгезии жидкости и смачивания....................................... 56 Упражнение................................................................................................................... 60 Г л а в а 4. Основные закономерности адсорбции............................................. 60 4.1. Адсорбция как поверхностное явление................................................ 60 4.2. Фундаментальное уравнение адсорбции Гиббса.................................. 63 4.3. Причины и механизм адсорбции............................................................ 66 4.4. Уравнения Генри, Фрейндлиха, Ленгмюра........................................... 71 Упражнения................................................................................................................... 74 з Глава 5. Адсорбция на границе жидкость — газ................................................ 75 5.1. Особенности адсорбции на границе жидкости с газовой средой.......... 75 5.2. Адсорбция ПАВ...................................................................................... 77 5.3. Зависимость адсорбции от концентрации адсорбтива.......................... 79 5.4. Предельная адсорбция............................................................................ 81
5.5. Гидрофобные взаимодействия.............................................................. 83 5.6. Методы определения поверхностного натяжения................................ 86 Упражнения................................................................................................................... 87 Глава 6. Адсорбция на твердых поверхностях................................................... 89 6.1. Особенности адсорбции на поверхности твердых тел........................... 89 6.2. Адсорбция газов...................................................................................... 92
6.3. Адсорбция жидкости............................................................................... 95 6.4. Адсорбция ионов..................................................................................... 98 6.5. Ионообменная адсорбция...................................................................... 100 6.6. Применение адсорбционных процессов............................................... 104 Упражнения................................................................................................................. 105 Г л а в а 7. Двойной электрический слой и электрокинетические явления...................... 106 7.1. Поверхностная энергия и заряд поверхности...................................... 107 7.2. Двойной электрический слой................................................................ 109 7.3. Электрокинетические явления.............................................................. 114 7.4. Электрофоретическая подвижность..................................................... 118 Упражнения................................................................................................................. 120 РАЗДЕЛ ВТОРОЙ СВОЙСТВА ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ Глава 8. Оптические свойства дисперсных систем........................................... 123 8.1. Оптические свойства высокодисперсных систем................................ 124 8.2. Оптическая плотность (экстинкция).................................................... 128 Упражнения................................................................................................................. 130 Глав а 9. Молекулярио-кннетические свойства высокодисперсных систем 131 9.1. Причина молекулярно-кинетических свойств..................................... 132 9.2. Броуновское движение.......................................................................... 133 9.3. Диффузия............................................................................................... 135 9.4. Осмос...................................................................................................... 139 Упражнения................................................................................................................. 142 Глава 10. Устойчивость дисперсных систем...................................................... 143 10.1. Проблема устойчивости дисперсных систем..................................... 144 10.2. Седиментационная устойчивость....................................................... 146 10.3. Кинетика коагуляции........................................................................... 149 10.4. Термодинамические основы и факторы устойчивости дисперсных систем........................................................................... 151
10.5. Расклинивающее давление и теория ДЛФО...................................... 154 10.6. Расклинивающее давление и агрегативная устойчивость................. 158 10.7. Изменение агрегативной устойчивости при помощи электролитов.................................................................................... 162 10.8. Особенности агрегативной устойчивости лиофобных дисперсных систем и структурно-механический барьер............... 166 Упражнения................................................................................................................. 168 Глава 11. Структурно-механические свойства дисперсных систем.............. 170 11.1. Образование, особенности и разрушение структурированных систем............................................................................................... 171 11.2. Прочность и вязкость дисперсных систем......................................... 175 11.3. Характеристика сыпучих материалов................................................. 179 11.4. Структурно-механические свойства сыпучих материалов............... 182 11.5. Особенности структрированных систем............................................. 185 Упражнения................................................................................................................. 189 Глава 12. Получение и очистка дисперсных систем......................................... 190 12.1. Классификация способов получения дисперсных систем................. 190 12.2. Диспергирование.................................................................................. 193 12.3. Получение дисперсных систем за счет конденсационных
процессов.......................................................................................... 196 12.4. Мембраны и мембранные процессы................................................... 200 12.5. Мембранная технология и ее применение в промышленности.......................................................................... 206 Упражнения................................................................................................................. 207 РАЗДЕЛ ТРЕТИЙ ВИДЫ ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ Глава 13. Основы дисперсионного анализа....................................................... 21 1 13.1. Распределение частиц полидисперсных систем по размерам............ 211 13.2. Размер частиц неправильной формы.................................................. 213 13.3. Оптические методы дисперсионного анализа.................................... 215 13.4. Нефелометрия и турбидиметрия........................................................ 217 13.5. Дисперсионный анализ суспензий....................................................... 220 Глава 14. Золи и суспензии.......................................... *....................................... 222 14.1. Особенности золей и суспензий.......................................................... 223 14.2. Пасты, гели и осадки как структурированные системы.................... 224 Глава 15. Эмульсии................................................................................................. 226 15.1. Свойства эмульсий.............................................................................. 227 15.2. Устойчивость эмульсий...................................................................... 228 15.3. Получение и разрушение эмульсий.................................................... 234 15.4. Применение эмульсий.......................................................................... 236 Упражнение................................................................................................................. 237
Глава /6. Пены...................................................................................................... 238 16.1. Свойства и особенности пен................................................................ 238 16.2. Устойчивость пен................................................................................. 241 16.3. Получение и применение пен.............................................................. 244 Упражнения.............................................................................................................. 246 Глава /7. Аэрозоли............................................................................................... 246 17.1. Классификация аэрозолей................................................................... 247 17.2. Образование и свойства аэрозолей..................................................... 248 17.3. Механика аэрозолей............................................................................. 252 17.4. Значение аэрозолей.............................................................................. 255 17.5. Сыпучие материалы (порошки).......................................................... 257 Упражнения............................................................................................................... 259 Глава 18, Системы с твердой дисперсионной средой....................................... 259
18.1. Характеристика систем с твердой дисперсионной средой................. 259 18.2. Твердые пены........................................................................................ 262 18.3. Капиллярно-пористые тела.................................................................. 264 Упражнения.............................................................................................................. 266 Глава 19, Высокомолекулярные соединения (ВМС)........................................ 266 19.1. Коллоидная химия ВМС..................................................................... 267 19.2. Структура макромолекул ВМС.......................................................... 269 19.3. Свойства растворов ВМС.................................................................... 272 19.4. Набухание............................................................................................. 277 19.5. Студни и студнеобразование............................................................... 282 19.6. Свойства гелей и студней..................................................................... 284 Упражнения.............................................................................................................. 286 Глава 20. Белки (полиэлектролиты)................................................................... 288 20.1. Белки как полиэлектролиты................................................................ 288 20.2. Белки как коллоидные растворы........................................................ 292 20.3. Белки как ВМС.................................................................................... 294 Глава 21. Коллоидные поверхностно-активные вещества............................. 297 21.1. Особенности и классификация коллоидных ПАВ............................. 297 21.2. Критическая концентрация мицеллообразования............................. 300 21.3. Гидрофобные взаимодействия и моющее действие.................. 304 21.4. Применение ПАВ................................................................................. 308 Рекомендательный список литературы:.................................................................. 312 Словарь основных терминов и предметный указатель.......................................... 313 а — размер частиц дисперсной фазы А — абсолютная адсорбция В — площадь поверхности Г — избыточная, гиббсовская адсорбция D — коэффициент диффузии М — молекулярная масса вещества П — пористость Д — оптическая плотность (экстинкция) * — энергия Гельмгольца G — энергия Гиббса g — поверхностная активность Н — энтальпия h — толщина, расстояние между частицами / — интенсивность света Q — интегральная теплота процесса q — дифференциальная теплота процесса, заряд поверхности S — энтропия U Р V V W К а Р £ Л е х и v к 7T(h) Р а
— внутренняя энергия — давление — объем — скорость — работа и Wk — работа адгезии и когезии — степень набухания — краткость пен — диэлектрическая — электрокинетический — динамическая вязкость — краевой угол смачивания — длина волны света — химический потенциал — концентрация частиц — осмотическое давление — расклинивающее давление — плотность вещества — поверхностное натяжение, — электрический потенциал — время ПРЕДИСЛОВИЕ к третьему изданию
Во втором и третьем изданиях учебника сохранена структура и концепция первого издания, а именно — изложение материала от общих закономерностей и явлений к частным вопросам. Содержание учебника представлено в виде трех разделов: поверхностные явления, свойства дисперсных систем и виды дисперсных систем. Перечислим основные, особенности нового издания учебника: • использование примеров из различных сфер деятельности • выделение петитом выводов, формул, примеров,задач,
? упрощение, а в некоторых случаях более подробное разъяс ? представление в начале каждого раздела последовательно ? пополнение некоторых сведений о современных пробле ? уточнение и некоторое пополнение словаря основных кол ? выделение в качестве самостоятельной главы определение Объем переработанного материала составляет примерно 20% по отношению к первому изданию. Способствовали улучшению содержания учебника профессора В.В.Назаров, К.И.Попов, В.Е.Титов, И.А.Туторский, доценты Ю.М.Бондарев, Д.П.Зарубин, Г.Б.Колесник, Л.Б.Макарова, Н.Г.Медведкова, замечания которых с благодарностью учтены авторами. ВВЕДЕНИЕ
Особые свойства веществ и материалов, обусловленные их раздробленностью, изучает коллоидная химия — наука о дисперсных системах и поверхностных явлениях. В виде самостоятельной науки коллоидная химия сформировалась в 60-х годах прошлого столетия. Пионерами отечественной коллоидной химии были А.В.Думанский, Н.П.Песков и И.И.Жуков, которые разработали основы этой науки. В результате трудов П.А.Ребиндера, Б.В.Дерягина, М.М.Дубинина и других ученых были созданы отечественные научные школы и разработаны теоретические и прикладные аспекты различных разделов коллоидной химии. Современная коллоидная химия существенно расширила сферу своей «деятельности» и превратилась в одну из фундаментальных химических наук. Коллоидно-химические закономерности проявляются в самых разнообразных отраслях промышленного и сельскохозяйственного производств, растительном и животном мире, а также практически во всех сферах деятельности человека. Коллоидная химия является базовой дисциплиной, которая определяет становление высококвалифицированных специалистов различных отраслей промышленности. Технология отдельных производств в значительной степени является технологией дисперсных систем. Поэтому излагаемый в учебнике материал иллюстрируется примерами, в которых разъясняется, где, когда и в чем проявляются коллоидно-химические процессы; оцениваются численные показатели, характеризующих определенные явления; рассматриваются особенности различных видов дисперсных систем, определяющих свойства выпускаемой продукции и некоторые технологические процессы. В начале каждого раздела дается аннотация, в которой раскрывается основное содержание и последовательность изложения материала раздела. Авторы рекомендуют перед изучением каждого раздела прочитать аннотацию с тем,чтобы познакомиться с содержанием раздела. После проработки раздела следует снова вернуться к аннотации и убедиться, насколько полно усвоено содержание этого раздела. Каждой главе предшествует краткое введение, а в заключении приведены расчетные упражнения, которые иллюстрируют фундаментальные представления. В конце учебника приведен словарь основных коллоидно-химических терминов, понятий и явлений. К сожалению, они трактуются в различных источниках по-разному. Поэтому авторы для их определения использовали те, которые приведены во втором издании «Химической энциклопедии» (М.: Советская энциклопедия, 1983) и «Химическом энциклопедическом словаре» (М.: Советская энциклопедия, Большая Российская энциклопедия. Т. 1—5, 1983—1998). Словарь одновременно является предметным указателем, что поможет читателю ориентироваться в содержании учебника, а при необходимости акцентировать внимание на конкретных вопросах. Коллоидная химия, как и другие современные науки, постоянно развивается и совершенствуется. Поэтому там, где это целесообразно, изложены также нерешенные и неоднозначно трактуемые проблемы. Следует отметить, что в существующих учебниках по коллоидной химии незаслуженно мало внимания уделено аэрозо- лям. Между тем охрана окружающей среды, создание безотходных технологий и рациональное использование сырья, зависят от свойств аэрозолей. Системы с твердой дисперсионной средой порой даже не упоминаются, хотя подобные системы дают возможность получить материалы с заранее заданными свойствами, что определяет технический прогресс во многих отраслях. Авторы надеются, что предлагаемый учебник поможет студентам усвоить основы коллоидной химии и будет способствовать более глубокому пониманию специальных технологических курсов. Раздел первый
тттштт
В этом разделе изложено то общее, что объединяет многочисленные дисперсные системы — объекты коллоидной химии. Это общее — большая удельная поверхность и избыток поверхностной энергии, которые вызвают поверхностные явления. Несмотря на особенности различных поверхностных явлений (адгезии, адсорбции, образования двойного электрического слоя) причина их возникновения одна и та же и определяется свойством самих дисперсных систем, а именно — погашением избытка поверхностной энергии. Причем подобное погашение происходит самопроизвольно. Возможность самопроизвольных процессов зиждется на фундаментальных представлениях химической термодинамики, излагаемых в курсе физической химии. Без этих представлений коллоидная химия превратилась бы в описательную науку. Не случайно один из основателей отечественной коллоидной химии академик П.А.Ребиндер считал, что фундаментами и стенами химических наук является физическая химия, а завершает строительство этого своеобразного здания коллоидная химия. Содержание раздела позволяет: ? рассмотреть качественные особенности дисперсных систем ? уяснить классификацию дисперсных систем на основе об ? выразить свободную поверхностную энергию на разде (2.4)], а через них и поверхностное натяжение в виде удельной свободной поверхностной энергии [формулы (2.3) и (2.9)] и силы (рис. 2.3); показать причину появления избытка поверхностной энергии вследствие нескомпенсированности межмолекулярного взаимодействия на границе раздела фаз (рис. 2.2) и связь между энергетическим и силовым выражениями поверхностного натяжения [формулы (2.11) и (2.12)], а также зависимость поверхностного натяжения от температуры [формулы (2.15)— (2.19)]; представить обобщенно все поверхностные явления [формулы (2.13) и (2.14), рис. 2.4] вследствие самопроизвольных процессов за счет уменьшения поверхостного натяжения и площади поверхности раздела фаз, а также вскрыть причины дополнительного избытка поверхностной энергии над искривленной поверхностью [рис. 2.6, формулы (221)(225)] ()()]; рассмотреть виды и причины адгезии [табл. 3.1, рис. 3.1 и 3.2, формулы (3.1) и (3.3)], особенности адгезии жидкости [рис. 3.3, табл. 3.2, формулы (3.4)—(3.7)] и изменения краевого угла, характеризующего смачивание твердых поверхностей; показать причины, механизм и способы варажения адсорбции [рис. 4.1-4.4, формулы (4.1)—(4.6), (4.19)—(4.21)] и представить адсорбцию количественно как самопроизвольный процесс, при помощи фундаментального уравнения адсорбции Гиббса [формулы (4.17)—(4.18)]; описать аналитически изотерму адсорбции (рис. 4.5) при помощи уравнений Генри, Фрейндлиха [рис. 4.6, формулы (4.24)—(4.26)] и Ленгмюра [рис. 4.7, формулы (4.27) и (4.34)]; рассмотреть особенности адсорбции поверхностно-активных вещестр ПАВ (рис. 5.1 и 5.2), изотерму поверхностного натяжения и уравнение Шишковского [рис. 5.3, формулы (5.2)—(5.7)], определение предельной адсорбции [рис. 5.4, формулы (5.11) и (5.12)] и размеров адсорбционного слоя [формулы (5.9) и (5.10)], поверхностную активность [рис. 5.1 я, и 5.5, формулы (5.1) и (5.13)] и правило Тра-убе-Дюкло, суть гидрофобных взаимодействий (рис. 5.6) и методов определения поверхностного натяжения [рис. 5.7, формулы (5.14) и (5.19)]; дать характеристику твердых пористых адсорбентов (табл. 6.1, рис. 6.1) и показать применяемость уравнений Гиббса, Ленгмюра, Генри и Фрейндлиха [формулы (6.1)—(6.12)] для адсорбции газов и особенности адсорбции путем заполне- ния объема микропор [рис. 6.2 а, б, формулы (6.3) — (6.10)] и капиллярной конденсации [рис. 6.2 в и 6.3, формула (6.11)] подчеркнуть особенности адсорбции на границе твердое тело—жидкость [формулы (6.12)—(6.14)] молекул ПАВ в соответствии с правилом уравнивания полярности [рис. 6.4, формула (6.15)] и адсорбционным понижением прочности [формула (6.16)], ионов [рис. 6.5 и 6.6, формулы (6.17)— (6.19)], путем ионного обмена [рис. 6.7, табл. 6.2, формулы (6.20)—(6.23)]; уяснить причины самопроизвольного заряда поверхности на границе твердого тела с жидкостью [формулы (7.2)—(7.7)], структуру двойного электрического слоя и значение дзета-потенциала (рис. 7.1—7.3), суть электрокинетических явлений — электрофореза, электроосмоса, потенциалов седиментации и течения [табл. 7.3, рис. 7.5—7.8], возможность определения скорости электрофореза [рис. 7.2, формулы (7.9)— (7.17)] и потенциала течения [формула (7.18)]. Глава 1
Дисперсные системы гетерогенны. Они состоят по крайней мере из двух фаз, одна из которых обязательно раздроблена, а другая — непрерывна, или нераздроблена. Раздробленность приводит к резкому увеличению поверхности раздела фаз, а это в свою очередь придает дисперсным системам особые, характерные только для них свойства, т.е. количественные изменения приводят к возникновению нового качества — дисперсности, функциями которой становятся свойства системы. Таким образом, переход количества в качество - наиболее характерная особенность дисперсных систем. Для того, чтобы разобраться в особенностях многочисленных дисперсных систем, прежде всего следует рассмотреть их классификацию. В основу классификации положены агрегатное состояние фаз дисперсных систем, размеры и форма раздробленной фазы. Классификация поможет рассмотреть коллоидно-химические свойства различных дисперсных систем, в том числе и их представителей применительно к отраслям промышленного и сельскохозяйственного производств. Коллоидная химия — Дисперсных системах Своим названием коллоидная химия обязана коллоидам, или коллоидным растворам. В истинных растворах вещество раздроблено до молекул, а между растворенными веществами и растворителем отсутствует граница раздела фаз. Мельчайшие частицы коллоидных растворов, которые нельзя увидеть в обычный микроскоп, составляют одну фазу, а среда, в которой они находятся, — другую. Современная коллоидная химия существенно расширила свои границы. Ее объектами являются дисперсные системы, размеры частиц которых могут быть значительно больше размеров частиц коллоидных растворов, а сами коллоидные растворы составляют лишь один из видов дисперсных систем. Дисперсные системы, как правило, многофазны; они состоят из двух и более фаз, т.е. гетерогенны. Раздробленную (прерывную) часть дисперсной системы принято называть дисперсной фазой, а нераздробленную (непрерывную) — дисперсионной средой. Между дисперсной фазой и дисперсионной средой образуется граница раздела. Необходимым условием образования дисперсных систем является нерастворимость или ограниченная взаимная растворимость дисперсной фазы и дисперсионной среды. Итак, дисперсные системы — это такие гетерогенные системы, которые состоят по крайней мере из двух фаз, одна из них — дисперсная фаза — является раздробленной (прерывной), а другая — дисперсионная среда — представляет собой нераздробленную (непрерывную) часть системы (рис. 1.1). Раздробленность приводит к резкому увеличению поверхности раздела между дисперсной фазой и дисперсионной средой. Для оценки межфазовой границы поверхность раздела фаз В относят к единице массы дисперсной фазы М:
Вуа = В/М, м2/кг. (1.1)
Величина В характеризует удельную поверхность раздела фаз и позволяет количественно определять фактическую границу между дисперсной фазой и дисперсионной средой. Для частиц одного и того же размера удельная поверхность равна поверхности одной частицы Вх, умноженной на число частиц в 1 кг дисперсной фазы п, т.е. Д.я = В,п. (1.2)
Число сферических частиц в 1 кг дисперсной фазы п = (4я/3р/3)"1, (1.3) где р — плотность вещества дисперсной фазы, кг/м3; г — радиус частиц, м. Учитывая, что поверхность сферических частиц равна 4кг1, из формул (1.2) и (1.3) получим
= 3/(гр), где а — диаметр частиц, м. Аналогичным образом можно выразить удельную поверхность для других частиц правильной формы (кубических, цилиндрических и др.). Удельная поверхность, определяемая уравнениями (1.1) и (1.4), равна поверхности всех частиц, содержащихся в 1 кг дисперсной фазы и имеет размерность м2/кг. Иногда удельную поверхность выражают путем отношения поверхности частиц к суммарному объему этих частиц, т.е. Bya = B/V. (1.5) Удельная поверхность в соответствии с формулой (1.5) равна поверхности всех частиц (м2), содержащихся в 1 м3 дисперсной фазы и измеряется в м"1. Определение удельной поверхности в обратных единицах длины связано с таким понятием, как дисперсность Д т.е. с величиной, обратной размеру частиц а: D= I/a. (1.6) Для сферических частиц величина а равна диаметру этих частиц. Дисперсность, как и удельная поверхность [(см. формулу 1.4)], обратно пропорциональна размеру частиц. Удельную поверхность в м2/кг можно выразить через дисперсность следующим образом:
= 6D/p. Удельная поверхность определяет влияние размеров частиц на поверхностные явления. Посмотрим, как изменится удельная поверхность 1 кг сахара в зависимости от того, в каком виде находится этот продукт. В одном пакете сахарного песка массой 1 кг содержится примерно 1,6106 сахаринок диаметром 1 мм, и их удельная поверхность равна 5м2/кг. Кусок сахара массой 1 кг имеет поверхность всего 0,05 м2, т.е. в 100 раз меньшую. Если раздробить сахар и превратить его в сахарную пудру с размером частиц 10 мкм, то удельная поверхность сахарной пудры уже составит 500 м2/кг. Таким образом, поверхность 1 кг сахара в зависимости от степени его измельчения будет составлять от 0,05 до 500 м2.
Помимо частиц дисперсная фаза может формироваться из нитей, волокон, пор, а также пленок (см. табл. 1.4), особенности удельной поверхности которых отражены в формулах (1.7, а) и (1.7,6). Дисперсные системы с течением времени могут изменяться. Частицы, которые образуют дисперсную фазу в жидкой или газовой среде, могут исчезать, возникать вновь, укрупняться, дробиться и перемещаться. Но все эти превращения дисперсных систем проходят при одном неизменном условии — сохранении раздробленности вещества или веществ, составляющих дисперсную фазу. Раздробленность сообщает дисперсным системам следующие новые качества, которые связаны с резким увеличением поверхности раздела фаз: Качественные особенности дисперсных систем .ITO
Избыточная Интенсификация поверхностная процессов за счет энергия на кривизны межфазовой поверхности частиц поверхности дисперсной фазы Раздробленность и большая удельная поверхность раздела фаз обусловливают значительный избыток поверхностной энергии на межфазовой поверхности. Это в свою очередь приводит к возникновению поверхностных явлений, о которых пойдет речь в последующих главах. Поверхностные явления наблюдаются на любой поверхности, разграничивающей фазы. Резкое увеличение удельной поверхности (в случае измельчения куска сахара до сахарной пудры она возрастет в 10000 раз) приводит к интенсификации поверхностных явлений, вызванных избытком поверхностной энергии. Раздробленность предполагает образование частиц различной формы, поверхность которых характеризуется определенной кривизной. Кривизна поверхности частиц также определяет качественные особенности дисперсных систем. Ряд процессов, о которых речь пойдет ниже, на плоской и на искривленных поверхностях протекают по-разному. Кривизна поверхности в некоторых случаях является дополнительным фактором интенсификации процессов, которые происходят на границе раздела фаз. Поверхностные явления, которые вызваны избытком поверхностной энергии и кривизной поверхности раздела фаз, становятся характерным признаком дисперсных систем. Таким образом, коллоидная химия — наука о поверхностных явлениях и дис- персных системах. Подобное определение означает единство важнейших качественных признаков дисперсных систем, вызванных раздроблением на частицы дисперсной фазы и значительной удельной поверхностью. Таблица 1.2 Таблица 1.3 А б в Рис. 1.3. Трехмерная (а), двухмерная (б) и одномерная (в) дисперсные фазы В табл. 1.4 приведены в качестве примеров представители трех видов дисперсной фазы, но наиболее распространенной все же является трехмерная дисперсная фаза, которая формируется из твердых частиц, капель или пузырьков. Напомним, что их удельная поверхность определяется при помощи формул (1.4)—(1.7). В соответствии с формулой (1.1) удельную поверхность двухмерной дисперсной фазы в виде цилиндров равного диаметра можно выразить следующим образом:
=— кг/м2, n(a/2f'Lf> aP
|
||||||||||||||||||
|
|
Последнее изменение этой страницы: 2017-02-10; просмотров: 442; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.137.218.230 (0.155 с.) |
Рецензент-доктор химических наук, профессор, заведующий кафедрой коллоидной химии Российской академии тонкой химической технологии им. М.В. Ломоносова И.А.ТУТОРСКИЙ
Зимон Анатолий Давыдович, Лещенко Николай Федорович
В первом издании учебника наряду с основными коллоидно-химическими закономерностями излагались прикладные аспекты применительно к пищевой промышленности. Между тем коллоидная химия является фундаментальной наукой, определяющей подготовку различных специалистов - технологов многочисленных отраслей промышленности, работников сельского хозяйства, учителей, врачей и многих других; поэтому возникла потребность в учебнике по коллоидной химии для широкой аудитории студентов. Поэтому в новом издании нашего учебника предусмотрена возможность варьирования объемом и полнотой изучаемого материала. По этой причине содержание учебника представлено таким образом, чтобы удовлетворить потребность избирательного изучения вопросов в соответствии со специальностью обучаемых. Иными словами - не снижая фундаментальности изложения, сделать его предметным в соответствии с профилей учебного заведения.
Большинство веществ и материалов, которые возникают естественным или создаются искусственным путем, находятся в раздробленном (дисперсном) состоянии. Подобное состояние характерно для сырья, полуфабрикатов и конечной продукции различных промышленных и сельскохозяйственных производств для грунта, почвы, атмосферы и водоемов Земли и процессов в Космосе.
ХАРАКТЕРИСТИКА И КЛАССИФИКАЦИЯ ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ
ТАМБОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ НАУЧНАЯ БИБЛИОТЕКА
