Способны создавать конус Тиндаля.

Светорассеяние – Наблюдается, когда длина световой волны больше размера частиц дисперсной фазы. Сущность процесса светорассеяния состоит в том, что световой луч, встречая на своем пути частицу, как бы огибает ее, и несколько изменяет свое направление.

При опалесценции - под действием белого света при боковом освещении бесцветные коллоидные системы обнаруживают синеватую окраску. Опалесценция золей (особенно, металлических) интенсивнее, чем растворов высокомолекулярных соединений из-за большей плотности, а следовательно, большего показателя преломления дисперсной фазы первых систем.

Эффект Фарадея-Тиндаля - Заключается в появлении свечения в коллоидном растворе при пропускании через него пучка света. Рассеянные под углом 90° лучи фиксируются в виде светящихся точек глазом наблюдателя.

 

81.  Характеристика суспензий, эмульсий, аэрозолей

Суспензии – смесь веществ, где твёрдое вещество распределено в виде мельчайших частиц в жидком веществе во взвешенном (неосевшем) состоянии. Твердая фаза, жидкая среда. Суспензии глины.

Агрегативная устойчивость суспензий очень близка по свойствам к агрегативной устойчивости золей. Основными факторами её устойчивости являются наличие у частиц ионной оболочки (ДЭС) и диффузного слоя, а также сольватной оболочки противоионов диффузного слоя, что достигается присутствием в системе стабилизатора. Повысить устойчивость суспензии возможно также добавлением ВМС.

Повышение концентрации частиц дисперсной фазы до предельно возможной величины в агрегативно устойчивых суспензиях приводит к образованию высоко-концентрированных суспензий, называемых пастами.

Аэрозоли – дисперсная система, в которой фаза – жидкость, среда – газ, воздух. Туманы.

Аэрозолями называют свободнодисперсные системы с газообразной дисперсионной средой и дисперсной фазой, состоящей из твердых или жидких частиц. Отличие аэрозолей от лиозолей обусловлено, прежде всего, разреженностью и меньшей вязкостью дисперсионной газовой среды. Поэтому броуновское движение в аэрозолях происходит гораздо более интенсивно, а седиментация частиц идет значительно быстрее, чем в лиозолях. Другое существенное отличие аэрозолей от лиозолей заключается в том, что в газовой среде не может происходить электролитическая диссоциация и, следовательно, невозможно образование двойного электрического слоя (ДЭС) из ионов вокруг частиц. В связи с этими особенностями учение об аэрозолях развивалось в значительной мере самостоятельно своими собственными путями.

Аэрозоли классифицируют по агрегатному состоянию дисперсной фазы, по дисперсности и методам получения. Исходя из этого принципа, аэрозоли делят натуманы (Ж/Г) – дисперсная фаза состоит из капелек жидкости, дымы (Т/Г) - системы с твердыми частицами и пыли (Т/Г) - системы с твердыми, но более крупными частицами.

По дисперсности аэрозоли с твердой дисперсной фазой разделяют на дымы с частицами от 10-9 до10-5 м и пыли, размер частиц которых обычно больше 10-5 м. Туманы, как правило, состоят из довольно крупных капелек размером от 10-7 до 10-5 м.

По происхождению системы с газовой дисперсионной средой разделяют, как и все дисперсные системы, на диспергационные и конденсационные. Диспергационные аэрозоли, образующиеся при измельчении твердых тел или распылении жидкостей, как и лиозоли, полученные путем диспергирования, имеют довольно крупные частицы и, как правило, полидисперсны. Аэрозоли, полученные методом конденсации из пересыщенных паров или в результате химических реакций, наоборот, обычно являются высокодисперсными системами с более однородными по размерами частицами

Эмульсии - дисперсная система, состоящая из микроскопических капель жидкости (дисперсной фазы), распределенных в другой жидкости (дисперсионной среде). Молоко, нефть.

Эмульсии – это свободнодисперсные системы, в которых среда и фаза являются жидкостями. Обе жидкости, образующие эмульсию, должны быть нерастворимы или мало растворимы друг в друге, и в системе должен присутствовать стабилизатор (эмульгатор). Эмульсии тем седиментационно устойчивее, чем ближе плотности обеих фаз.

     Обычные лиофобные эмульсии классифицируют либо по полярности дисперсной фазы и дисперсионной среды, либо по концентрации дисперсной фазы в системе.

     Согласно первой классификации различают:

1. Эмульсии 1-го рода (прямые) – капельки органической жидкости (масла) распределены в водной среде. Такие эмульсии обозначают как М/В.

2. Эмульсии 2-го рода (обратные) – капельки воды диспергированы в органической жидкости. Это эмульсии типа В/М.

3. Множественные эмульсии – дисперсная фаза содержит капельки дисперсионной среды. Множественные эмульсии возникают в промежуточной области объемных соотношений, когда никакой тип эмульсии не является предпочтительным, и система в равной степени способна образовывать прямые и обратные эмульсии. Такие более сложные системы обозначают как М/В/М или В/М/В. Известны также пятикратные эмульсии типа М/В/М/В/М.

По концентрации эмульсии подразделяют на разбавленные, концентрированные и высококонцентрированные.

Разбавленные эмульсии содержат до 0.1 объемного % дисперсной фазы. Типичным примером таких систем может служить эмульсия машинного масла в конденсате (прямая эмульсия), образующемся при работе паровых машин.

Концентрированные эмульсии содержат до 74 объемных % дисперсной фазы. Эту концентрацию указывают как максимальную потому, что она в случае монодисперсной эмульсии соответствует максимально возможному объемному содержанию недеформированных сферических капель независимо от их размера. Для полидисперсных эмульсий указанный предел является условным, т.к. в этих эмульсиях маленькие капельки могут располагаться между большими.

 

82.  Фазовый переход золь-гель. Желатинирование

Золь-гель переход (англ. sol gel transition) — процесс превращения золя в гель, протекающий при увеличении концентрации частиц дисперсной фазы в золе или под влиянием иных внешних воздействий (охлаждение, изменение pH, ионной силы раствора).

При определенных условиях мицеллы структурируются в каркас, в ячейках которого заключена вода. Такой переход из жидкого состояние в нежидкое называется желатинированием, а продукт гелем. Скорость перехода зависит от температуры, рН среды, присутствие химических свойств и природы самой мицеллы, Для многих золей переход обратим.

Старение характерно коллоидам и некоторым ВМС. Старение золя выражается в желатинирование и превращением в гель. Старение геля выражается в постепенном уплотнение и вытеснение капель жидкого золя на пов-ть – синерезис.

Золь – жидкая, текучая, неструктурированная дисперсная система.

Высокодисперсные системы с частицами из твердого вещества, находящимися в броуновском движении.

Золи – типичные коллоидные системы, которые наиболее ярко проявляют свойства, присущие веществу в высокодисперсном состоянии

Гель – дисперсная система, структурирована за счет ячеек с молекулами воды.

Структурированные дисперсные системы, состоящие из высокомолекулярных и низкомолекулярных веществ.

Наличие трёхмерного полимерного каркаса (сетки) сообщает гелям механические свойства твёрдых тел (отсутствие текучести, способность сохранять форму, прочность и способность к деформации (пластичность и упругость)).

В отличие от золей частицы дисперсной фазы гелей, связанные в пространственную структуру, не могут участвовать в броуновском движении.

Гели состоят, по крайней мере, из двух компонентов, один из которых образует непрерывную трёхмерную макромолекулярную сетку, выступающую в роли каркаса, пустоты в которой заполнены низкомолекулярным растворителем — дисперсионной средой.

Например, крахмал. Зависит от концентрации и температуры.

Желатинирование – переход золи в гели.

При повышении температуры желатинированные растворы (студни) разжижаются, образуя жидкотекучие растворы. Этот процесс называется плавлением. Он обратим при понижении температуры раствор снова желатинируется. Таким образом, влияние температуры на состояние раствора полимера подобно влиянию температуры на состояние полимера

Желатинированию способствует увеличение концентрации полимера в растворе, понижение температуры системы и отсутствие механического воздействия на нее перемешивание, вибрация и т. п. Для каждого полимера существует определенное, минимальное значение концентрации раствора, меньше которой раствор не желатинируется.

Сенерезис – старение геля, происходит выделение воды.

Тиксатропия – превращение геля в золь, путем механического воздейсвия(взбалтывание).

 

83.  Тепловой эффект. Экзо- и эндотермические реакции

Тепловой эффект реакции – эта та теплота, которая выделяется или       поглощается в ходе необратимого изобарного (когда совершается только работа расширения) или изохорного (когда никакой работы не совершается) процессов при условии, что температура исходных и конечных веществ одинакова.

Тепловой эффект реакции при постоянном объеме (Qv) соответствует изменению внутренней энергии между конечном и начальном состояниями: Qv = ΔU = U2 – U1

Теплота реакции при постоянном давлении равна изменению энтальпии:

Qp = ΔH = H2 - H1.

Если Qp, QV > 0, то реакция эндотермическая (система поглощает теплоту).

Если Qp, QV < 0, то реакция экзотермическая (система выделяет теплоту).

ΔН > 0 – реакция эндотермическая;

ΔН > 0 – реакция экзотермическая.

Закон Гесса - Если из одних и тех же исходных веществ можно получить одни и те же конечные вещества, но разными путями, то суммарный тепловой эффект по одному пути будет равен суммарному тепловому эффекту по другому пути.

Закон Гесса обязателен только для процессов, протекающих при постоянном объеме или давлении.

Закон Кирхгофа - Температурный коэффициент теплового эффекта химической реакции равен изменению теплоёмкости системы в ходе реакции.

Закон Кирхгофа лежит в основе расчёта тепловых эффектов при разных температурах.

 

Ферментативный катализ

Изменение скорости химической реакции под влиянием катализатора называется катализом.

Ферментативный катализ - биокатализ, ускорение химических реакций под влиянием ферментов. В основе жизнедеятельности лежат многочисленные химические реакции расщепления питательных веществ, синтеза необходимых организму химических соединений и трансформации их энергии в энергию физиологических процессов (работа мышц, почек, нервная деятельность и т.п.). Все эти реакции не могли бы происходить с необходимой для живых организмов скоростью, если бы в ходе эволюции не возникли механизмы их ускорения с помощью Ф. к.

Отличительные особенности Ф. к.: исключительно высокая эффективность (увеличение скорости реакции в 1010–1013 раз) и специфичность, т. е. избирательность (способность каждого фермента катализировать превращение строго определённых биологических субстратов, иногда лишь единственного вещества, в единственном направлении), не достижимых в небиологическом катализе. Особенностью Ф. к. является также его регулируемость – способность биокатализатора – фермента – увеличивать или уменьшать свою активность в зависимости от потребностей организма. Однако исследование механизма Ф. к. показывает, что к нему применимы законы и принципы, на которых основаны обычные химические реакции. Отличие реакций Ф. к. определяется сложностью структуры ферментов и химических превращений, которые совершают вещества в ходе катализа.

85.  Явление седиментации

(лат. sedimentum - осадок) Это процесс оседания частиц в дисперсионной среде под действием силы тяжести. Очень важным молекулярно-кинетическим свойством коллоидно-дисперсных систем является седиментационное равновесие.

В коллоидных растворах одновременно действуют два вида противоположно направленных сил:

1) силы, вызывающие диффузию, приводящие к выравниванию концентраций.

2) сила тяжести, под действием которой частицы дисперсной фазы оседают.

· Процесс осаждения частиц называется седиментацией. Явление характерно для гетерогенных систем.

· Скорость седиментации определяется размером частиц, разностью плотностей частиц и среды, вязкостью среды, температурой.

· Процесс седиментации постепенно приводит дисперсную систему к упорядоченному состоянию, когда оседающие частицы в объеме растворителя располагаются в соответствии со своими размерами - в нижних слоях - тяжелые и крупные частицы, а мелкие частицы под действием диффузии располагаются в верхних слоях.

· Устанавливается седиментационное равновесие.

· Оседанию препятствует броуновское движение и диффузия,стремящиеся произвести равномерное распределение частиц повсему объему дисперсионной среды.

· Чем выше скорости броуновского движения и диффузии, темменьше выражена способность частиц к седиментации.

Для проведения седиментационного анализа используют ультрацентрифуги (10 тыс. об/мин и выше).

Метод ультрацентрифугированияявляется незаменимыми средствомизучения коллоидных систем и ВМС: определение размера и формы частиц, молекулярной массы; используется для препаративного разделения фракций в сложных дисперсных системах.