close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

292.Методические указания к выполнению контрольной работы по дисциплине «Коллоидная химия»

код для вставкиСкачать
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОУ ВПО
УФИМСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ
ЭКОНОМИКИ И СЕРВИСА
Кафедра «Общая химия»
Методические указания
к выполнению контрольной работы
по дисциплине
«КОЛЛОИДНАЯ ХИМИЯ»
Уфа 2010
1
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Составитель: Журкина И.П.
УДК 541.18
ББК 24.6 я 7
Ж 91
Методические указания к выполнению контрольной работы по
дисциплине «Коллоидная химия» / Сост.: И.П. Журкина. – Уфа: Уфимская
государственная академия экономики и сервиса, 2010. – 24 с.
В данном издании приведен теоретический материал к решению задач,
контрольные вопросы и задачи. Методические указания предназначены для
студентов специальности 280201.65 Охрана окружающей среды и
рациональное использование природных ресурсов и направления подготовки
бакалавров 280200.62 Защита окружающей среды заочной формы обучения.
Рецензент: Маликова Т.Ш., канд. хим. наук, доцент кафедры «Охрана
окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов»
Библиогр: 9 назв.
© Журкина И.П., 2010
© Уфимская государственная
академия экономики и сервиса, 2010
2
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1. ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ И ПОВЕРХНОСТНОЕ НАТЯЖЕНИЕ
Поверхностный, межфазный слой представляет собой область
постепенного (плавного) изменения свойств при переходе от одной фазы
системы к другой. Также постепенно меняется структура поверхностного слоя
– от структуры одной фазы до структуры другой фазы. Образование
поверхностного слоя есть результат взаимодействия смежных фаз. Изменения
свойств и структуры поверхностного слоя обусловлены действием
поверхностной энергии.
При постоянных температуре и давлении поверхностная энергия Гиббса
определяется
произведением
поверхностного
натяжения
(фактор
интенсивности) σ на площадь поверхности (фактор емкости) s :
Gs = σ s
(1.1)
Площадь поверхности зависит от ее кривизны и дисперсности фаз.
Дисперсность D линейно связана с удельной поверхностью sуд :
Sуд = S / V = k / d = k ∙ D
(1.2)
где V – объем дисперсной фазы;
k – коэффициент формы частиц;
d – диаметр частицы.
Для сферических частиц уравнение (1.2) принимает вид:
Sуд = π d2 / (1/6) πd3 = 6 / d = 6 D
(1.3)
Кривизна поверхности H в данной точке определяется производной
площади поверхности по объему:
H = 1/2 (ds / dV)
(1.4)
или с помощью соотношения
H = 1/2 ((1 / r1) + (1/r2))
(1.5)
где r1 и r2 – радиусы окружностей, получаемых при пересечении
поверхности, проходящими через нормаль к ней в данной точке двумя
перпендикулярными плоскостями
Например, кривизна поверхности сферических частиц радиусом r равна:
H = 1/r , а ds / dV = 2/r
(1.6)
Поверхностные явления выражаются в том, что состояние находящихся
в поверхностном слое молекул иное по сравнению с молекулами,
находящимися в объеме тела. Молекулы в объеме тела равномерно окружены
такими же молекулами, и поэтому их силовые поля полностью
скомпенсированы. Молекулы поверхностного слоя взаимодействуют как с
молекулами одной фазы, так и с молекулами другой фазы, в результате чего
равнодействующая молекулярных сил в поверхностном слое не равна нулю и
направлена внутрь той фазы, с которой взаимодействие больше. Таким
образом, возникает поверхностное натяжение σ, стремящееся сократить
поверхность.
Поверхностное натяжение можно представить и как энергию переноса
молекул из объема тела на поверхность или как работу образования единицы
поверхности. Поверхностное натяжение можно выразить частной производной
3
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
от энергии Гиббса по величине межфазной поверхности при p и T = const (при
постоянных числах молей компонентов):
σ = (∂G / ∂s) (p,T, n j )
(1.7)
Отсюда следует, что для индивидуального вещества поверхностное
натяжение есть энергия Гиббса, приходящаяся на единицу поверхности.
Внутренняя (полная) энергия поверхностного слоя US (в расчете на
единицу площади) связана с σ уравнением Гиббса–Гельмгольца:
Us = σ – T (∂σ / ∂T)
(1.8)
или
Us = σ + q s
(1.9)
где q s – теплота образования единицы поверхности (индекс s означает
отнесение параметра к единице площади поверхности);
T – температура.
Стремление системы к уменьшению поверхностной энергии Гиббса
выражается в самопроизвольном уменьшении межфазной поверхности
(изменение формы и кривизны, проявление процессов коагуляции,
коалесценции и др.) и уменьшении поверхностного натяжения (проявление
процессов адсорбции, адгезии и смачивания, возникновение электрического
потенциала и др.).
Изменение кривизны поверхности (удельной поверхности) вызывает
изменение внутреннего давления в телах. Разность давлений Δp, например,
внутри жидкого тела с кривизной поверхности и без нее, называется
капиллярным (избыточным) давлением. Связь капиллярного давления с
кривизной поверхности описывается уравнением Лапласа:
Δp = σ (ds / dV)
(1.10)
Это соотношение лежит в основе многих методов определения
поверхностного натяжения. С изменением кривизны поверхности (удельной
поверхности) меняется также давление пара над веществом. Связь между
этими параметрами находит выражение в уравнении капиллярной конденсации
Кельвина (Томсона):
ln (p / ps) = (σ Vm / RT) ∙ (ds / dV)
(1.11)
(где p и ps – давление насыщенного пара над поверхностью, имеющей
кривизну и над ровной поверхностью, соответственно;
VM – мольный объем вещества в конденсированном состоянии;
R – универсальная газовая постоянная).
Если жидкость или твердое тело имеют поверхность раздела с другой
жидкостью или твердым телом, то между ними проявляется адгезия
(прилипание). Работа адгезии WA, характеризующая взаимодействие фаз (она
отнесена к единице площади поверхности), определяется уравнением Дюпре:
Wа=σ2,1+σ3,1–σ2,3
(1.12)
где σ2,1 – поверхностное натяжение твердого тела или жидкости 2 на
границе с газом 1;
σ3,1 – поверхностное натяжение жидкости или твердого тела 3 на границе
с газом 1;
4
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
σ2,3 –
поверхностное
(межфазное)
натяжение
на
границе
конденсированных фаз.
Из уравнения Дюпре следует, что чем больше работа адгезии
(взаимодействие между фазами), тем меньше межфазное натяжение σ2,3.
Взаимодействие между жидкой и другой конденсированной фазой
можно оценить также с помощью краевого угла (угла смачивания) θ,
определяемого уравнением Юнга:
cos θ = ((σ3,1 - σ2,3 ) / σ2,1 )
(1.13)
Сложение уравнений (1.12) и (1.13) приводит к уравнению Дюпре–Юнга,
позволяющему по экспериментально определенному cos θ рассчитать работу
адгезии:
Wа= σ2,1 (1 + cos θ)
(1.14)
Уменьшение
σ
может
происходить
также
в
результате
самопроизвольного концентрирования в поверхностном слое веществ с
меньшим поверхностным натяжением – адсорбции.
Величину адсорбции обычно выражают двумя способами. Согласно
одному способу ее определяют как количество вещества в поверхностном слое
А, приходящееся на единицу площади поверхности или единицу массы
адсорбента (абсолютная величина адсорбции):
А = (cs vs) / s= cs h
(1.15)
где Cs – концентрация компонента в поверхностном слое, имеющем
объем VS и толщину h).
По другому способу величину адсорбции Г определяют как избыток
компонента в поверхностном слое (на единицу площади поверхности) по
сравнению с его количеством в равном объеме объемной фазы (избыточная
адсорбция):
Г= (vs (cs – cv)) / s
(1.16)
или что то же самое
Г= (vs(cs–cv)) / s
(1.17)
где cV – равновесная концентрация компонента в объеме;
cо – исходная концентрация компонента в объеме;
V – объем фазы.
Сравнивая уравнения (1.15) и (1.16), получим связь между величинами
адсорбции А и Г:
Г= А – cV h
(1.18)
Величины адсорбции компонентов раствора Гi и поверхностное
натяжение связаны между собой фундаментальным адсорбционным
уравнением Гиббса:
-dσ = ∑ Гi d µ
(1.19)
где μi — химические потенциалы компонентов.
При малых концентрациях с адсорбата в бинарном растворе
соотношение (1.19) переходит в следующее уравнение:
Г= - (с / RT) . (d σ / d с)
(1.20)
В зависимости от знака производной dσ/dc растворенные вещества делят
5
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
на поверхностно-активные (dσ/dc<0) и поверхностно-инактивные (dσ/dc>0).
Поверхностно-активные вещества (ПАВ) характеризуются поверхностной
активностью g, которая является мерой способности вещества понижать
поверхностное натяжение на границе раздела фаз. Эта величина численно
равна производной dσ/dc, взятой с обратным знаком, при стремлении
концентрации ПАВ к нулю:
g = - (d σ / d с) с → о
(1.21)
Поверхностная активность ПАВ графически определяется как тангенс
угла наклона α касательной, проведенной к изотерме поверхностного
натяжения в точке ее пересечения с осью ординат, взятый со знаком минус.
2. КИНЕТИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ И КИНЕТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ
ИССЛЕДОВАНИЯ ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ
В микрогетерогенных системах (суспензиях, эмульсиях, газовых
эмульсиях, аэрозолях) частицы которых благодаря большой массе не могут
принимать участие в тепловом (броуновском) движении, происходит
седиментация – осаждение или обратный процесс – всплывание частиц. Если
движение потока частиц ламинарное и может быть описано уравнением
Стокса, то скорость оседания (всплывания) в гравитационном поле u связана с
их размером следующим соотношением:
u = (V g (ρ-ρ0)) / B
(2.1)
где V – объем частицы;
g – ускорение свободного падения;
ρ-ρ0 – соответственно, плотность частицы и дисперсной среды;
В – коэффициент трения).
Для сферических частиц (В=6 π η r) это уравнение принимает вид:
u = (2 g r2 (ρ-ρ0)) / 9 η
(2.2)
где r – радиус частицы;
η – вязкость дисперсной среды.
Способность системы к седиментации характеризуют константой
седиментации:
Sсед.= mот./В = (V (ρ-ρ0)) / В
(2.3)
где mот — относительная масса частицы (с учетом плотности среды;
mот = m – υ p0 ).
Для сферических частиц уравнение (2.3) принимает вид:
Sсед.= (2 r2 (ρ-ρ0)) / 9 η
(2.4)
В центробежном поле расстояние х, пройденное частицами при
седиментации, увеличивается со временем τ по экспоненте (при постоянном
числе оборотов центрифуги).
ℓn (х / х0)= (mот ω2 r) / В
(2.5)
А если частицы сферические, то
ℓn (х / х0) = (2r2 (ρ-ρ0) ω2 τ) / 9η
(2.6)
2
½
r = [((9η ln (х / х0)) / (2(ρ-ρ0) ω τ)]
6
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
где х0 – начальное расстояние частиц от центра вращения;
ω – угловая скорость вращения ротора центрифуги.
Соотношения (2.1) – (2.6) используются в седиментационном анализе
дисперсности различных материалов.
Седиментационный анализ дисперсности состоит в получении кривой
седиментации, т.е. зависимости массы осадка m дисперсной фазы (осевшей к
данному времени) от времени осаждения τ. Очевидно, что для монодисперсной
(с одинаковыми частицами) системы такая зависимость является линейной:
m=Quτ/H
(2.7)
где Q – общая масса дисперсной фазы;
H – первоначальная высота столба суспензии).
Все реальные дисперсные системы полидисперсны (частицы дисперсной
фазы имеют разные размеры), поэтому скорости осаждения частиц различных
фракций разные: крупные частицы осаждаются быстрее, мелкие – медленнее.
По этой причине кривая седиментации выпукла к оси ординат. Тангенсы угла
наклона касательных в данных точках кривой седиментации определяют
скорости седиментации соответствующих фракций частиц. Зная скорости
осаждения частиц отдельных фракций, по уравнению (2.2) можно рассчитать
их размеры (радиусы). Построением интегральной, а затем дифференциальной
кривых распределения частиц полидисперсной системы по радиусам
(размерам) заканчивается седиментационный анализ.
Относительное движение фаз дисперсных систем можно наблюдать
также под действием электрического поля, что обусловлено наличием на
межфазных поверхностях двойного электрического слоя, возникающего
вследствие межфазного взаимодействия.
Различают три механизма образования двойных электрических слоев:
1) поверхностная диссоциация функциональных групп;
2) адсорбция ионов электролитов;
3) ориентирование полярных молекул на межфазной границе.
В результате указанных взаимодействий поверхность со стороны одной
фазы заряжается положительно, а со стороны другой – отрицательно.
Двойной электрический слой (ДЭС) состоит из заряженной поверхности
с потенциалом φ и противоположно заряженной части слоя, в которой
находятся противоионы. Одна часть противоионов проникает непосредственно
к поверхности, образуя плотный (адсорбционный) слой – слой Гельмгольца.
Другая часть противоионов под действием теплового движения
распространяется вглубь фазы, образуя так называемый диффузионный слой,
или слой Гуи.
При движении одной фазы относительной другой на плоскости
скольжения происходит разрыв ДЭС (как правило, диффузной части) и
возникновение электрокинетического («дзета») ξ-потенциала.
Под действием электрического поля могут двигаться дисперсная фаза
относительно дисперсионной среды (электрофорез) или дисперсионная среда
относительно дисперсной фазы (электроосмос). Механическое движение
7
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
дисперсной фазы относительно дисперсионной среды (седиментация)
вызывает возникновение электрической разности потенциалов (потенциал
седиментации). Если электрическая разность потенциалов возникает при
движении дисперсионной среды относительно дисперсной фазы, то такое
явление называют потенциалом протекания.
Наибольшее распространение из электрокинетических явлений
получили электрофорез и электроосмос. Значение электрокинетического
потенциала, возникающего при электрофорезе или электроосмосе, можно
рассчитать по уравнению Гельмгольца–Смолуховского:
ξ = (ηU0) / (ε ε0 E)
(2.8)
или
ξ = (η æ V) / (ε ε0I)
(2.9)
где – η вязкость среды;
U0 – линейная скорость движения фаз;
E – напряженность электрического поля;
æ – удельная электропроводность среды;
V – объемная скорость движения среды;
I – сила тока.
Электрокинетический потенциал зависит от тех же факторов, что и
толщина диффузной части ДЭС.
3. ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И ОПТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ
ИССЛЕДОВАНИЯ ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ
Из оптических методов исследования в коллоидной химии применяются
те методы, с помощью которых можно проводить дисперсный анализ, т.е.
определять размер и форму частиц, удельную поверхность, концентрацию
дисперсной фазы. К таким методам относятся световая и электронная
микроскопия, методы, основанные на рассеянии лучей, двойном
лучепреломлении и др.
Наиболее информативными, и поэтому широко используемыми
методами определения дисперсности и формы частиц являются световая и
электронная микроскопия. С помощью этих методов можно непосредственно
наблюдать частицы и измерять их размеры. Нижний предел световой
микроскопии составляет до 100 нм, электронной микроскопии – до 2...5 нм.
Следует иметь в виду, что электронная микроскопия имеет существенный
недостаток, а именно: она применима только для исследования сухих образцов
и не может быть использована для наблюдения их, например, в жидких средах.
Указанный недостаток отсутствует у оптических методов, основанных
на рассеянии света (опалесценции). Они не уступают электронной
микроскопии и по чувствительности.
Светорассеяние, или опалесценция, принадлежит к дифракционным
явлениям, обусловленным неоднородностями, размеры которых меньше
длины волны падающего света. Такие неоднородности рассеивают свет во всех
8
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
направлениях. Теория светорассеяния (опалесценции) впервые была развита
Рэлеем. В ее основе лежит уравнение для интенсивности света Ip, рассеянного
единицей объема дисперсной системы со сферическими диэлектрическими
частицами, значительно меньшими длины волны падающего света:
Ip = I0 [ F(ν v2)) / (λ4 R2) · (1 + cos2θ))]
(3.1)
где I0 – интенсивность падающего света;
F – функция показателей преломления;
ν – концентрация частиц в единице объема системы;
v – объем частицы;
λ – длина волны падающего света;
R – расстояние частицы от источника света;
θ – угол между направлениями распространения рассеянного света и
падающего света.
Функция F определяется соотношением:
F = 24π ((n12 – n02) / (n12 + 2n02)) 2
(3.2)
где n1 и n2 – соответственно, показатель преломления вещества
дисперсной фазы и дисперсионной среды).
Уравнения Рэлея лежит в основе оптических методов определения
размеров частиц и концентрации дисперсной фазы: ультрамикроскопии,
нефелометрии и турбидиметрии.
Ультрамикроскопия от обычной микроскопии отличается тем, что
объект (дисперсная система) освещается сбоку, а наблюдают рассеянный свет.
Вследствие этого частицы кажутся светящимися точками на темном фоне, и
разрешающая сила микроскопа резко возрастает, что позволяет наблюдать
частицы с диаметром до 2…3 нм.
Нефелометрия – метод исследования, при котором измеряют
интенсивность рассеянного света, падающего на кювету с дисперсной
системой. Обычно объемная концентрация с дисперсной фазы известна или
легко определяется. Поэтому соотношение (3.1) при данной длине волны
удобно записать в виде (θ = const):
Ip = I0 k ν v2 = I0 k c ν
(3.3)
где k – константа;
c = ν v – объемная концентрация дисперсной фазы.
Из уравнения (3.3) следует, что, зная концентрацию или размер частиц в
стандартной системе, можно рассчитать соответственно размер частиц или их
концентрацию в исследуемой дисперсной системе.
Турбидиметрия основана на измерении интенсивности проходящего
через дисперсную систему света. Рассеянный свет можно считать фиктивно
поглощенным, и поэтому есть все основания принять, что закономерности
рассеяния света подчиняются уравнению Бугера–Ламберта–Бера.
ln I0 / In = 2,3 D = τ ℓ,
где I0 – интенсивность света, прошедшего через систему;
D = ln I0 / I n – оптическая плотность;
τ – мутность системы;
9
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ℓ – толщина слоя системы.
Мутность, а отсюда и оптическая плотность в соответствии с
уравнением (3.1) пропорциональны концентрации и квадрату объема частиц.
Это позволяет определять размеры частиц и их концентрацию по оптической
плотности системы методом сравнения со стандартными системами с
помощью фотоэлектроколориметра.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Что изучает коллоидная химия и каковы признаки ее объектов?
2. По каким признакам классифицируют объекты коллоидной химии?
Приведите примеры дисперсных систем.
3. Какие поверхностные явления изучает коллоидная химия?
4. Что является мерой гетерогенности и степени раздробленности
дисперсных систем?
5. Какими параметрами характеризуют степень раздробленности и
какова связь между ними?
6. Что такое поверхностное натяжение и в каких единицах оно
измеряется?
7. Как зависит поверхностное натяжение от природы вещества,
образующего поверхность (межмолекулярного взаимодействия)?
8. Какие методы используются для определения поверхностного
натяжения жидкостей и твердых тел?
9. На чем основано измерение поверхностного натяжения жидкостей
методом капиллярного поднятия?
10. На чем основано измерение поверхностного натяжения жидкостей
методом наибольшего давления пузырька воздуха? Положительным или
отрицательным будет избыточное давление в жидкости на границе с
воздушным пузырьком?
11. На чем основано определение поверхностного натяжения методом
отрыва кольца и сталагмометрическим методом?
12. Как и почему зависит поверхностное натяжение тел от температуры?
13. По какому уравнению можно рассчитать полную поверхностную
энергию? Какие данные необходимы для расчета?
14. Как влияет температура на теплоту и энтропию образования единицы
поверхности и на полную поверхностную энергию неассоциированных
жидкостей?
15. Что называется адсорбцией и как количественно ее характеризуют?
16. Напишите фундаментальное адсорбционное уравнение Гиббса и
дайте определение избыточной адсорбции.
17. Каково соотношение между избыточной Г и абсолютной
адсорбциями А? В каких случаях можно принять А≈Г? Что такое
отрицательная гиббсовская адсорбция?
18. Что такое поверхностная активность? Какие вещества называются
10
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
поверхностно-активными?
19. Что называют адгезией и смачиванием? Какие параметры
используют для их количественной характеристики?
20. Покажите взаимосвязь между адгезией и способностью жидкости
смачивать твердую поверхность. В чем состоит различие между явлениями
адгезии и смачивания?
21. Как влияет природа твердого тела и жидкости (межмолекулярное
взаимодействие в них) на смачивание и адгезию?
22. Дайте характеристику и приведите примеры гидрофильных и
гидрофобных поверхностей. Как можно повлиять на смачивание поверхности?
23. Чем обусловлено улучшение смачивания водой гидрофобных
поверхностей при введении в нее ПАВ?
24. Как влияет неоднородность и шероховатость твердых поверхностей
на их смачивание и адгезию?
25. Что такое коэффициент растекания Гаркинса? Каковы условия
растекания жидкости? Рассмотрите особенности жидкостей на твердых
поверхностях.
26. Как влияет кривизна поверхности и природа жидкости на ее
внутреннее давление? Каковы причины поднятия (опускания) жидкостей в
капиллярах?
27. Чем обусловлена сферическая форма капель жидкости в условиях
невесомости?
28. Как влияет дисперсность вещества на его реакционную способность,
давление пара, растворимость, константу равновесия химических реакций?
29. Почему в капиллярах пар конденсируется при давлениях более
низких, чем на плоской поверхности?
30. Какие известны Вам методы дисперсионного анализа? Укажите
области их применения. Для каких дисперсных систем применяется
седиментационный анализ в гравитационном поле и в центробежном поле?
31. Напишите уравнение Стокса для скорости седиментации в
гравитационном поле. Каков физический смысл входящих в него величин?
Изменением каких параметров системы можно изменять скорость осаждения
частиц?
32. Каковы условия соблюдения закона Стокса при седиментации?
Какие отклонения наблюдаются при несоблюдении этих условий?
33. Что такое константа седиментации и что она характеризует?
Напишите выражение для константы седиментации сферических частиц, если
осаждение их подчиняется закону Стокса?
34. Какие системы называют монодисперсными и полидисперсными?
Что служит характеристикой полидисперсной системы?
35. Каково назначение интегральных и дифференциальных кривых
распределения частиц по размеру? Как изменяется вид кривых распределения
по мере приближения полидисперсной системы к монодисперсной?
36. Для каких систем применяется седиментационный анализ в
11
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
центробежном поле? Как изменяется скорость оседания частиц в
центробежном поле в процессе седиментации? Напишите выражение для
константы седиментации в центробежном поле.
37. Каковы
возможные
причины
возникновения
двойного
электрического слоя на межфазной поверхности? Приведите примеры
механизмов образования двойного электрического слоя в различных
дисперсных системах.
38. Дайте характеристику строения двойного электрического слоя на
поверхности раздела фаз. Как изменяется потенциал с расстоянием от
поверхности?
39. Расскажите об основных положениях теории строения двойного
электрического слоя. Какое соотношение лежит в основе этой теории?
40. Что понимают под толщиной диффузной части двойного
электрического слоя? Чем определяется толщина плотной и диффузной частей
электрического слоя?
41. Перечислите электрокинетические явления и объясните, чем они
обусловлены.
42. Что называют электрокинетическим потенциалом? Какие факторы
влияют на ξ-потенциал? Как изменяется ξ-потенциал отрицательно
заряженных частиц при введении в золь нитратов калия, бария и лантана?
43. Какие оптические явления наблюдаются при падении луча света на
дисперсную систему? Какие методы исследования дисперсных систем
основаны на этих явлениях?
44. Какие оптические методы используются для определения размеров
частиц дисперсных систем? Укажите границы применимости (по
дисперсности) этих методов?
45. Чем обусловлено светорассеяние в дисперсных системах и истинных
растворах? Какими параметрами количественно характеризуют рассеяние
света в системе?
46. Чем различаются методы нефелометрии и турбидиметрии? Какие
уравнения используются для определения характеристик рассеяния света?
47. По какому признаку дисперсные системы делят на лиофобные и
лиофильные? Чем объяснить самопроизвольное возрастание межфазной
поверхности при образовании лиофильных дисперсных систем?
48. Какие дисперсные системы относят к лиофильным? Приведите
примеры таких систем. Как происходит формирование частиц дисперсной
фазы в лиофильных системах?
49. Чем обусловлена агрегативная неустойчивость лиофобных
дисперсных систем? Какие процессы самопроизвольно происходят в этих
системах?
50. Какими методами получают лиофобные дисперсные системы?
51. Как классифицируют поверхностно-активные вещества?
52. Чем отличаются коллоидные ПАВ от истинно растворимых? Что
называют критической концентрацией мицеллообразования?
12
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
53. Какие существуют методы определения ККМ? Почему при
концентрациях, превышающих ККМ, поверхностное натяжение растворов
ПАВ практически не изменяется?
54. Какие факторы влияют на ККМ? Как и почему влияет длина
углеводородного радикала на ККМ в разных по полярности растворителях?
55. Каким образом ориентируются молекулы ПАВ в мицеллах,
образующихся в полярной и неполярной средах? От чего зависит форма
мицелл в растворах коллоидных ПАВ?
56. Как влияет на ККМ природа полярной группы молекул ПАВ? Каково
влияние добавок индифферентного электролита на ККМ ионогенных и
неионогенных ПАВ?
57. Какое явление называют солюбилизацией? Чем обусловлено это
явление? Каково практическое значение этого явления?
58. На чем основано использование ПАВ в качестве стабилизаторов
дисперсных систем? В чем заключается механизм моющего действия
растворов ПАВ?
59. На что затрачивается работа при дроблении и измельчении
материалов? Каким образом можно уменьшить работу измельчения и
повысить дисперсность измельчаемого материала?
60. Чем отличаются процессы гомогенной и гетерогенной конденсации и
каковы причины возникновения метастабильного состояния в пересыщенных
системах?
61. Чем определяется критический радиус зародыша новой фазы? Как
можно регулировать размеры частиц лиофобных дисперсных систем,
получаемых методом конденсации?
62. Какой процесс называют коагуляцией? Чем завершается процесс
коагуляции? Какими способами можно вызвать коагуляцию лиофобной
коллоидной системы?
63. Что называют быстрой и медленной коагуляцией? Какова
взаимосвязь между скоростью коагуляции и видом потенциальной кривой
взаимодействия частиц?
64. Каково различие между нейтрализационной и концентрационной
коагуляцией лиофобных золей электролитами? Как влияет заряд
коагулирующего иона на порог быстрой коагуляции?
65. Действием
каких
факторов
обеспечивается
агрегативная
устойчивость лиофобных дисперсных систем? Какие вещества используют в
качестве стабилизаторов этих систем?
66. В чем заключается сходство и различие суспензий и лиозолей?
67. Как классифицируют эмульсии? Какие вещества используют в
качестве стабилизаторов прямых и обратных эмульсий?
68. В чем заключаются особенности стабилизации пен? Какими
параметрами характеризуют устойчивость пен?
69. Как классифицируют аэрозоли? В чем причины принципиальной
агрегативной неустойчивости этих систем?
13
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ЗАДАЧИ
1. Определите энергию Гиббса поверхности 5г тумана воды, если
поверхностное натяжение капель жидкости составляет 71,96 мДж/м2, а
дисперсность частиц 60 мкм-1. Плотность воды примите равной 0,997 г/см3.
2. Аэрозоль ртути сконденсировался в виде большой капли объемом
3,5 см3. Определите, насколько уменьшилась поверхностная энергия ртути,
если дисперсность аэрозоля составляла 10 мкм-1. Поверхностное натяжение
ртути примите равным 0,475 Дж/м2.
3. Определите поверхностное натяжение бензола, при 293, 313 и 343 К.
Примите, что полная поверхностная энергия не зависит от температуры и для
бензола равна 61,9 мДж/м2. Температурный коэффициент dσ /dТ= - 0,13 мДж /
(м2* К).
4. Рассчитайте полную поверхностную энергию 5г эмульсии бензола в
воде с концентрацией 55 % (масс.) и дисперсностью 3 мкм-1 при температуре
313 К. Плотность бензола 0,858 г/см3, межфазное поверхностное натяжение
26,13 мДж/м2, температурный коэффициент поверхностного натяжения
бензола dσ/dТ= - 0,13 мДж / (м2* К).
5. Рассчитайте избыточное давление внутри капель бензола,
равновесных с паром, если удельная поверхность системы составляет 6 *108 м-1,
а поверхностное натяжение бензола 28,87 мДж / м2 при 293 К.
6. Чтобы стряхнуть ртуть в медицинском термометре, нужно создать
ускорение, равное 10 g. Рассчитайте диаметр перетяжки в капилляре
термометра, если поверхностное натяжение ртути 0,475 Дж/м2, длина столбика
ртути выше перетяжки 5 см, плотность ртути 13,54 г/м2.
7. Рассчитайте избыточное давление в капле воды (за счет кривизны ) с
удельной поверхностью 3*106 м-1 при температуре 313 К, если поверхностное
натяжение воды при 298 К составляет 71,96 мДж/м2, а температурный
коэффициент поверхностного натяжения воды dσ / dТ= - 0,16 мДж/ (м2* К).
8. Рассчитайте капиллярное давление в капле ртути с дисперсностью
1 мкм , если поверхностное натяжение ртути составляет 0,475 Дж/м2.
-1
9. Найдите поверхностное натяжение жидкости, если в капилляре с
диаметром 2 мм она поднимается на высоту 15 мм. Плотность жидкости
0,998 г/см3, краевой угол мениска равен 00. Сделайте предположение о
природе жидкости.
14
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
10. Для определения поверхностного натяжения воды взвешивают
капли, отрывающиеся от капилляра и измеряют диаметр шейки капли в
момент ее отрыва. Оказалось, что масса 318 капель воды равна 5 г, а диаметр
шейки капли – 0,7 мм. Рассчитайте поверхностное натяжение воды.
11. Покажите, чему равна разность h1–h2 воды в двух сообщающихся
капиллярах с диаметрами d1 и d2. Плотность и поверхностное натяжение
жидкости равны соответственно ρ, σ, краевые углы менисков равны нулю.
12. Насколько изменится разность уровней воды в двух сообщающихся
капиллярах с диаметрами 0,1 и 0,3 мм при нагревании от 293 до 343 К, если
поверхностное натяжение при этих температурах равно соответственно 72, 75
и 64,0 мДж/м2. Плотность воды при 293 и 343 К составляет соответственно
0,998 г/см3 и 0,978 г/см3.
13. Поверхностное натяжение жидкости, смачивающей стекло,
измеряют, определяя высоту между уровнями двух менисков в U-образной
капиллярной трубке; диаметры капилляров колен трубки равны 1 и 10 мм.
Рассчитайте поверхностное натяжение жидкости с плотностью 0,998 г/см 3,
зная, что разность двух уровней менисков в капиллярах составляет 9 мм.
14. На какую высоту поднимается вода между двумя вертикальными
стеклянными пластинами, частично погруженными в эту жидкость, если
расстояние между ними 0,5 мм? Плотность и поверхностное натяжение воды
соответственно равны 0,997 г/см3 и 71,96 мДж/м2. Краевой угол θ примите
равным 00.
15. Вычислите поверхностное натяжение воды, определяемое методом
капиллярного поднятия, если при 298 К вода поднялась в капилляре на высоту
35,3 мм. Диаметр капилляра определен путем измерения длины столбика и массы
ртути, заполнившей капилляр под давлением: длина столбика ртути составляла
8,04 см, масса его 0,565 г. Плотность ртути 13,54 г/см3, плотность воды
0,997 г/см3.
16. Между двумя параллельными пластинами находится слой воды
толщиной 0,5 мкм. Рассчитайте давление, сжимающее пластины, если угол
смачивания θ = 00, поверхностное натяжение воды равно 71,96 мДж/м2.
Определите силу, которую необходимо приложить для отрыва пластин друг от
друга, если размер каждой 10*10 см.
17. Капля воды массой 0,1 г введена между двумя параллельными
стеклянными пластинами, причем краевой угол θ=00. Какова сила притяжения
между пластинами, если они находятся друг от друга на расстоянии 1 мкм?
Поверхностное натяжение воды составляет 71,96 мДж/м2, плотность воды
0,997 г/см3.
15
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
18. С какой силой притягиваются две вертикальные и параллельные
стеклянные пластинки, частично погруженные в воду, если расстояние между
ними равно 1 мм? Ширина пластинок 15 см, поверхностное натяжение воды
71,96 мДж/м2, угол смачивания 00. Высота пластинок такова, что поднявшаяся
вода не доходит до их верхних краев. Плотность воды примите равной
0,997 г/см3.
19. Определите, насколько давление паров над каплями воды диаметром
0,2 мкм больше, чем давление паров над плоской поверхностью при
температуре 298 К. Поверхностное натяжение воды 71,96 мДж/м2, мольный
объем воды 18,05 см3/моль. Как изменится это давление, если дисперсность
капель увеличится в 10 и 100 раз?
20. Рассчитайте равновесное давление паров над каплями воды с
дисперсностью 20 мкм-1 при температуре 333 К, если поверхностное
натяжение воды при температуре 293 К составляет 72,75 мДж/м2, а
температурный коэффициент поверхностного натяжения dσ / dТ= -0,16
мДж/(м2*К). Давление насыщенных паров воды над плоской поверхностью
при 60 0С равно 20,58*103 Па, а плотность воды 0,983 г/ см3.
21. Определите равновесное давление паров над каплями воды и
четырёххлористого углерода с дисперсностью 0,1 нм-1 при температуре 293 К.
Давление насыщенных паров над плоской поверхностью при этой температуре
для воды и четыреххлористого углерода составляет соответственно 23,38*102 и
13*103 Па; плотность соответственно равна 0,998 и 1,593 г/см3; поверхностное
натяжение 72,75 и 25,68 мДж/м2. Обратите внимание, как влияет природа
жидкости на давление насыщенных паров в дисперсной системе.
22. Рассчитайте равновесное давление паров над водой, находящейся в
капилляре радиусом 1 мкм при 293 К, предполагая, что угол смачивания равен
00. Выразите результат в процентах от давления насыщенного пара воды. При
293 К плотность воды 0,998 г/м3, поверхностное натяжение 72,75 мДж/ м3,
давление насыщенного пара 2338 Па.
23. Определите равновесное давление паров над каплями воды и бензола
радиусом 0,05 мкм при температуре 313 К. Примите, что давление
насыщенных паров над плоской поверхностью при этой температуре для воды
и бензола соответственно 77,6*102 и 24,08*103 Па, мольные объемы 18,1 и 93,4
см3/моль, а поверхностные натяжения 69,55 и 26,13 мДж/м2.
24. Рассчитайте давление паров над вогнутым мениском в капиллярах
радиусом 0,001 и 10 мкм при 293 К. Угол смачивания примите равным нулю.
Плотность воды 0,998 г/см3, давление пара над макрофазой 2338 Па,
поверхностное натяжение воды 72,75 мДж/м2.
16
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
25. Оцените размер частиц SrSO4, зная, что их растворимость на 3 %
(масс.) больше растворимости крупных кристаллов. Межфазное натяжение
при 298 К примите равным 85 мДж/м2, плотность SrSO4 3,96 г/см3.
26. Рассчитайте межфазное натяжение в системе CaF2 – вода, зная, что
растворимость частиц CaF2 диаметром 0,3 мкм превышает раствори-мость
крупных кристаллов (при 293 К) на 18 % (масс.). Плотность CaF2 примите
равной 2,5 г/см3.
27. Определите поверхностную активность уксусноэтилового эфира по
приведенным ниже значениям натяжения водных растворов его при 298 К:
с, ммоль/л…………..7,8
15,6
31,2 62,5 125
250
500
3
σ, мДж/м …………..69,6
68,0
65,1 61,5 56,2 49,7 41,5
Постройте изотерму гиббсовской адсорбции. Поверхностное натяжение
воды 71,96 мДж/м2.
28. Рассчитайте работу адгезии для воды, глицерина, трикрезилфосфата
и бензола, смачивающие фторопласт. Поверхностное натяжение (на границе с
воздухом) воды, глицерина, трикрезилфосфата и бензола соответственно
равны: 71,96; 63,2; 40,9; 28,9 мДж/м2, а краевые углы составляют 108, 100, 75 и
460.
29. Рассчитайте работу адгезии в системе вода – графит, зная, что
краевой угол равен 900, а поверхностное натяжение воды составляет
71,96 мДж/м2. Определите коэффициент растекания воды на графите.
30. Рассчитайте работу адгезии ртути к стеклу при 293 К, если известен
краевой угол θ = 1300. Поверхностное натяжение ртути 475 мДж/м2. Найдите
коэффициент растекания ртути по поверхности стекла.
31. Краевой угол воды на парафине равен 1110 при 298 К. Для 0,1 М
раствора бутиламина в воде поверхностное натяжение составляет 56,3 мДж/м2,
краевой угол на парафине равен 920. Рассчитайте поверхностное давление
плёнки бутиламина, адсорбированного на поверхности раздела парафин –
вода. Поверхностное натяжение воды 71,96 мДж/м2.
32. Рассмотрите возможность растекания водного раствора валериановой
кислоты по поверхности ртути, исходя из значений поверхностных и
межфазных натяжений: δраствор - воздух = 25 мДж/м2, δHg – воздух = 475 мДж/м2,
δHg – раствор= 329 мДж/м2. Если раствор будет растекаться по поверхности ртути,
то, как при этом ориентируются полярные группы валериановой кислоты: к
воде или ртути? Объясните почему.
33. Экспериментально получено значение коэффициента растекания
17
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
гептанола на воде, равное 37 мН/м. Рассчитайте межфазное натяжение на
границе вода – гептанол, принимая значения поверхностных натяжений воды
и гептанола соответственно 71,96 и 26,1 мН/м.
34. Капля бензола растекается по поверхности воды, а после взаимного
насыщения двух жидкостей образует линзу. Объясните это явление.
Рассчитайте начальные и конечные значения коэффициентов растекания
бензола по воде, используя приведенные ниже значения поверхностных
натяжений (в мН/м) для различных поверхностей раздела при 293 К:
Вода – воздух
72,75
Бензол – воздух
28,87
Вода – бензол
35,00
Вода, насыщенная бензолом – воздух
62,20
Бензол, насыщенный водой – воздух
28,80
Оцените
значение
межфазного
натяжения
на
границе
взаимонасыщенных растворов воды и бензола.
35. Постройте изотерму гиббсовской адсорбции, используя значения
поверхностных натяжений водных растворов додецилсульфата натрия при 20 0С.
ммоль/л
2,16 3,96 6,6 8,3 9,3 9,8 10,2 11,2
2
мДж/м
62
54 47 43 42 41 41
41
Определите поверхностную активность этого ПАВ и критическую
концентрацию мицеллообразования. Поверхностное натяжение воды
72,75 мДж/м2 .
36. Среднеквадратичное значение проекции сдвига частицы гидрозоля
SiO2 за 3 с составляет 8 мкм. Определите радиус частицы, если вязкость
дисперсионной среды равна 1* 103 Па•с при 293 К.
37. Определите проекцию среднего сдвига Δ для частиц гидрозоля за
время 10 с, если радиус частиц 0,05 мкм, температура опыта 293 К, вязкость
среды 1 * 10-3 Па•с.
38. Удельная поверхность сферических частиц гидрозоля кремнезема
составляет: а) 1,1*104 м2/кг; б) 1,1*105 м2/кг; в) 1,1 * 106 м2/кг. Плотность
кремнезема 2,7 г/см3, вязкость дисперсионной среды 1 *10-3 Па•с, температура
293 К. Определите проекции среднего сдвига частиц золя за время 4 с.
39. По данным Сведберга, коэффициент диффузии коллоидных частиц
золота в воде при 298К равен 2,7 * 10-6 м2/сут. Определите дисперсность
частиц гидрозоля золота. Вязкость воды при 298К равна 8,94 *10-3 Па*с.
40. Рассчитайте размер частиц диоксида кремния, если известно, что
время их оседания на расстояние 1 см составляет: а) 30 с; б) 60 мин; в) 100 ч.
18
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Плотность дисперсной фазы и дисперсионной среды составляет
соответственно 2,7 и 1,1 г/см3, вязкость дисперсионной среды 1,5 *10-3 Па*с.
41. Рассчитайте время, за которое сферические частицы стекла в воде
оседают на расстоянии 1см, если дисперсность частиц составляет: а) 0,1 мкм -1;
б) 1 мкм-1; в) 10 мкм-1. Плотность дисперсной фазы и дисперсионной среды
соответственно 2,4 и 1,0 г/см3. Вязкость дисперсионной среды 1 *10-3 Па*с.
42. Определите удельную поверхность порошка сульфата бария (в
расчете на единицу массы), если частицы его оседают в водной среде на
высоту 0,226 м за 1350 с (предполагая, что частицы имеют сферическую
форму). Плотность сульфата бария и воды соответственно 4,5 и 1 г/см3,
вязкость воды 1 *10-3 Па*с.
43. Рассчитайте, за какое время сферические частицы Al2O3,
распределенные в среде с вязкостью 1,5 *10-3 Па * с, оседают на высоту 1см,
если удельная поверхность частиц составляет: а)104 м-1; б)105 м-1; в) 106 м-1.
Плотности дисперсной фазы и дисперсионной среды равны соответственно 4 и
1 г/см3.
44. Рассчитайте электрокинетический потенциал поверхности кварца по
данным, полученным при исследовании электроосмотического переноса
жидкости через кварцевую мембрану: сила тока 2*10-3 А, объемная скорость
раствора KCl, переносимого через мембрану, 0,02 мл/с, удельная
электропроводность раствора 1,2*10-2 См*м-1, вязкость 1*10-3 Па*с,
относительная диэлектрическая проницаемость 80,1.
45. Рассчитайте электрокинетический потенциал на границе раздела фаз
кварц – водный раствор KCl по следующим данным электроосмоса: сила тока
2*10-3А, время переноса 0,1 мл раствора 110 с, удельная электропроводность
раствора 6,2*10-2 См*м-1, вязкость 1*10-3 Па*с, относительная диэлектрическая
проницаемость 80,1.
46. Рассчитайте объем раствора, перенесенный через мембрану из
корунда за 1 ч в результате электроосмоса слабого раствора электролита под
действием э.д.с. 100 В. Электрокинетический потенциал поверхности корунда
0,08 В, относительная диэлектрическая проницаемость среды 80,1, вязкость
1*10-3 Па*с, электрическое сопротивление мембраны с этим раствором R1 =
3900 Ом.
Для определения удельной электропроводности раствора, включающей
поправку на поверхностную проводимость, было измерено электрическое
сопротивление мембраны в 0,1 н. растворе KCl, которое оказалось равным R2 =
=41,0 Ом. Удельная электропроводность 0,1 н. раствора KCl равна
1,167 См * м-1. Рассчитайте расход электроэнергии, необходимый для переноса
19
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1 м3 раствора.
47. Рассчитайте электрофоретическую скорость передвижения частиц
золя трисульфида мышьяка по следующим данным: ζ-потенциал частиц
–42,3 мВ, расстояние между электродами 0,4 м, внешняя разность потенциала
149 В, вязкость среды 1*10-3 Па*с, относительная диэлектрическая
проницаемость 80,1.
48. Рассчитайте ζ-потенциал поверхности частиц бентонитовой глины по
результатам электрофореза при следующих условиях: расстояние между
электродами 25 см, напряжение 100 В, за 15 мин частицы перемещаются на
6 мм к аноду, относительная диэлектрическая проницаемость среды 78,2 (при
298 К), вязкость 8,94 *104 Па*с.
49. Частицы
SiO2
в
водной
среде
при
рН=6,2
имеют
-3
электрокинетический потенциал, равный -34,7 *10 В. На какое расстояние и к
какому электроду сместятся частицы за 30 мин, если напряжение в приборе
для электрофореза 110 В, расстояние между электродами 25 см, относительная
диэлектрическая проницаемость среды 80,1, вязкость 1*10-3 Па*с.
50. Рассчитайте электрокинетический потенциал частиц корунда в
водном растворе по следующим данным: скорость электроосмоса через
корундовую мембрану 0,02 мл/с, удельная электропроводность раствора 1,2
-2
.
-1
-2
-1
*10 См м , поверхностная проводимость 2 *10 См * м , вязкость раствора
1*10-3 Па*с, сила тока при осмосе 1,5 *10-2 А, относительная диэлектрическая
проницаемость раствора 80,1.
51. Рассчитайте электрокинетический потенциал частиц кварцевого
стекла, а также толщину диффузного ионного слоя, если скорости
передвижения этих частиц в водных растворах NaCl концентрацией 5 * 104 и
67 *10-3 моль/л равны соответственно 2,2 и 0,4 мкм/с при постоянной
напряженности электрического поля 100 В/м. Вязкость растворов 1,14 *10-3
Па*с, относительная диэлектрическая проницаемость 82, температура 288 К.
52. Рассчитайте электрокинетический потенциал по экспериментальным
данным электрофореза золя гидроксида кремния в растворах (CdNO3)2:
с (CdNO3)2, моль/л
0
1
3,6 15,0
электрофоретическая
подвижность u0 * 109, м2/(с . В)
25 19 11
6,5
Относительная диэлектрическая проницаемость среды 80,1, вязкость
-3
1*10 Па*с, дисперсная фаза перемещается к аноду. Постройте графическую
зависимость ξ-потенциала от концентрации (CdNO3)2. Объясните полученную
зависимость.
20
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
53. Рассчитайте электрокинетический потенциал частиц золя Fe (OH)3 по
данным электрофореза: внешнее ЭДС 170 В, расстояние между электродами
0,45 м, смещение границы золя к аноду составило 12 мм за 30 мин. При
температуре опыта, равной 298 К, вязкость дисперсионной (водной) среды
8,94*10-4 Па*с и относительная диэлектрическая проницаемость 78,2.
54. Определите электрокинетический потенциал на границе раздела фаз –
керамический фильтр – водный раствор KCl, если при протекании раствора под
давлением 2 *10-4 Па потенциал течения равен 6,5 *10-3 В. Удельная
электропроводность среды 1,3 * 10-2 См*м-1, вязкость 10-3 Па*с, относительная
диэлектрическая проницаемость 80,1.
55. Рассчитайте потенциал течения, возникающий при продавливании
этилового спирта через мембрану из карбоната бария под давлением 9,81 *10-3 Па,
если ξ-потенциал равен 54*10-3 В, удельная электропроводность среды 1,1*10-4
См*м-1, вязкость 1,2*10-3 Па*с, относительная диэлектрическая проницаемость 25.
56. Водный раствор NaCl под давлением 4,9*104 Па проходит через
кварцевую мембрану. Вычислите потенциал течения на границе мембрана –
раствор, если ζ-потенциал равен 0,04 В, удельная электропроводность среды 1 *102
См*м-1, вязкость 1*10-3 Па*с, относительная диэлектрическая проницаемость
80,1.
57. Рассчитайте потенциал, возникающий при течении водного раствора
через мембрану из полистирола под действием давления 2 *104 Па, если известно,
что при электроосмосе в этой дисперсной системе объёмная скорость раствора
равна 8*10-4 мл/с при силе тока 4*10-4 А.
58. Используя уравнение Рэлея, сравните интенсивности света, рассеянного
двумя эмульсиями с равными радиусами частиц и концентрациями: бензола
(n1=1,501) в воде и н-пентана (n1=1,357) в воде. Показатель преломления воды
n0=1,333.
59. Покажите, в каком случае и во сколько раз интенсивность рассеянного
дисперсной системой света больше: при освещении синим цветом (λ1=410 нм)
или красным светом (λ2=630 нм). Светорассеяние происходит в соответствии с
уравнением Рэлея, и интенсивности падающих монохроматических пучков света
равны.
60. При изучении ослабления синего света золями мастики получены
следующие данные:
Концентрация золя, % масс.
0,60 0,20 0,08 0,04
Толщина слоя, мм
2,5 2,5
20
20
Пропускание, %
3,1 29,4 2,6 15,9
Покажите применимость уравнения Бугера–Ламберта–Бера для этой
21
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
дисперсной системы. Рассчитайте, какая доля света будет рассеяна 0,25%-м золем
при толщине поглощающего слоя равной 10 мм.
62. Рассмотрите возможность применения уравнения Бугера–Ламберта–
Бера для гидрозолей гидроксида железа, используя данные по ослаблению
монохроматического света (λ = 500 нм) этими дисперсными системами:
Концентрация золя, % масс
0,20 0,10 0,08 0,04
0,02
Толщина слоя, мм
2,5
2,5 2,5 5,0
5,0
Пропускание, %
1,7 11,8 18,6 18,2 43,0
Определите, какая доля света будет рассеяна 0,02%-м золем, находящимся
в кювете длиной 30 мм.
63. Два пучка монохроматического света равной начальной интенсивности
с λ1 = 440 нм (синий свет) и λ2 = 630 нм (красный свет) проходит через эмульсию
бензола в воде. Рассчитайте отношение интенсивности прошедшего света, если
толщина слоя эмульсии равна: а) 1 см; б) 5 см; в) 10 см. Содержание дисперсной
фазы 0,10 % об., средний радиус частиц эмульсии 40 нм, показатель преломления
бензола и воды соответственно n1 = 1,501 и n0 = 1,333. При расчете примите, что
ослабление света происходит только в результате светорассеяния и показатели
преломления не зависят от длины волны света.
64. Свет с длиной волны 540 нм и начальной интенсивностью I0 проходит
через слой эмульсии тетралина в воде толщиной: а) 5 см; б) 10 см; в) 15 см;
г) 20 см. Рассчитайте пропускание света It /I0 и постройте график зависимости
его от радиуса частиц дисперсной фазы, изменяющегося в результате
коалесценции от 10 до 50 нм. Содержание дисперсной фазы 0,05 % масс.,
показатель преломления тетралина и воды n1 = 1,540, n0 = 1,333.
65. Определите ζ-потенциал корундовой мембраны по результатам
электроосмоса растворов KCl:
с KCl, моль/л …………0,01
0,02
0,10
0,50
-1
χ0, См*м …………. 0,128
0,250
1,167
5,55
R, Ом……………….. 565
520
340
71,6
3
I*10 , А……………… 10
26
30
50
3
υ*10 , мл/с……………0,780
0,628
0,730
0,185
R – сопротивление мембраны, заполненной соответствующим раствором
KCl.
Относительная диэлектрическая проницаемость растворов 80,1, вязкость
-3
1*10 Па*с, температура 293 К. Для всех растворов рассчитайте толщину
диффузного ионного слоя λ и сопоставьте характер изменения ζ-потенциала и λ
при увеличении концентрации KCl.
22
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Сумм Б.Д. Основы коллоидной химии / Б.Д. Сумм. – М.: Химия, 2006.
2. Шершавина А.А. Физическая и коллоидная химия. Методы Физикохимического анализа / А.А. Шершавина. – М: Новые знания, 2005.
3. Белик В.В. Физическая и коллоидная химия / В.В. Белик,
К.И. Киенская. – М.: Академия, 2006.
4. Кругляков П.И. Физическая и коллоидная химия / П.И. Кругляков. –
М.: Высшая школа, 2005.
5. Фролов Ю.Г. Курс коллоидной химии. Поверхностные явления и
дисперсные системы / Ю.Г. Фролов. – М.: Химия, 1989.
6. Щукин Е.Д. Коллоидная химия / Е.Д. Щукин, А.В. Перцов,
Е.А. Амелина. – М.: Высшая школа, 1992.
7. Евстратова К.И. Физическая и коллоидная химия / К.И. Евстратова,
Н.А. Купина, Е.Е. Малахова. – М.: Высшая школа, 1990.
8. Фролов Ю.Г. Лабораторные работы и задачи по коллоидной химии /
Ю.Г. Фролов, А.С. Гродский, В.В. Назаров и др. – М.: Химия, 1986.
9. Бугреева Е.В., Евстратова К.И., Купина Н.А. и др. Практикум по
физической и коллоидной химии. – М.: Высшая школа, 1990.
23
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
СОСТАВИТЕЛЬ: ЖУРКИНА Ирина Петровна
Методические указания
к выполнению контрольной работы
по дисциплине
«КОЛЛОИДНАЯ ХИМИЯ»
Технический редактор: С.А. Юдина
Подписано в печать 25.02.10. Формат 60×84 1/16.
Бумага писчая. Гарнитура «Таймс».
Усл. печ. л. 1,4. Уч.-изд. л. 1,5. Тираж 150 экз.
Цена свободная. Заказ № 21.
Отпечатано с готовых авторских оригиналов
на ризографе в издательском отделе
Уфимской государственной академии экономики и сервиса
450078, г. Уфа, ул. Чернышевского, 145; тел. (347) 241-69-85.
24
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа