«Поверхностные явления и дисперсные системы»



Сторінка1/53
Дата конвертації13.03.2019
Розмір0.86 Mb.
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   53



ПОВЕРХНЕВІ ЯВИЩА І ДИСПЕРСНІ СИСТЕМИ
Вступ
Традиційно дисципліна «Поверхневі явища і дисперсні системи» має назву – «колоїдна хімія».

Це зв'язано з тим, що в 1861р. англійський хімік Томас Грем (1805-1869), один із засновників і перший президент Лондонського хімічного суспільства опублікував роботу, у якій зробив спробу класифікації речовин по здатності їхніх розчинів кристалізуватися і дифундувати через напівпроникні мембрани. Усі речовини були їм розділені на два класи: кристаллоїди (швидко дифундують і здатні до кристалізації) і колоїди (не дифундують і не кристалізуються). Відповідно до представлень Грема колоїди, на відміну від кристаллоїдів, не дають істинних розчинів, мають підвищену в'язкість, хитливі в часі і в більшості по своєму фізичному стану нагадують клеї (клей за грецькою – “colla”). До них він відніс такі природні речовини як оксиди алюмінію, заліза, цинку, білки, танин, декстрини, крохмаль, агар-агар, казеїн і т.д. Однак, вже до кінця дев’ятнадцятого століття були сформульовані уявлення про колоїди не як про особливий клас речовин, а як про стан, властивий багатьом речовинам у тому числі і кристаллоїдам. Пізніше це положення було підтверджено багатьма роботами і показано, що навіть такі кристалічні речовини як поварена сіль і метали можуть бути переведені в колоїдний стан (так хлорид натрію у воді дисоціюючи на іони дає істинні розчини, а у бензолі або ефірі можна приготувати колоїдні розчини NaCl; сірка в етиловому спирті розчиняється з утворенням істинного розчину, у воді – легко отримати її колоїдні розчини). У такий спосіб термін “колоїд” означає особливий стан речовини, у якому можуть знаходитися практично усі відомі тіла. Цей стан характеризується високим ступенем роздробленості (дисперсності) речовини, розвиненою питомою поверхнею з властивими їй численними поверхневими явищами. У зв'язку з цим більш сучасним найменуванням дисципліни є не «Колоїдна хімія», а «Поверхневі явища і дисперсні системи».

Існують і інші назви цьому курсові: «Капілярна хімія», «Фізична хімія реальних тіл». Усі вони в тім або іншому ступені відбивають його зміст. Так, до дисперсних явищ відносяться явища, які спостерігаються в капілярах і вузьких порах, а більшість реальних тіл існує в колоїдному стані.

Тобто колоїдна хімія – наука про поверхневі явища і фізико-хімічні властивості дисперсних систем – це наука про реальні системи, які існують в оточуючому нас просторі.

Поверхневі явища властиві всім конденсованим тілам, що мають реальні фізичні поверхні, які відділяють їх від інших тіл – твердих, рідких чи газоподібних.

До поверхневих явищ відносяться процеси, шо відбуваються на межі поділу фаз і виникають в результаті взаємодії спряжених фаз, а саме: адгезія, змочування, адсорбція, капілярні явища, утворення подвійного електричного шару.

Найбільш чіткі прояви і особливе значення поверхневі явища мають для сис-

тем, у яких хоча б один компонент знаходиться в дисперсному (роздробленому)

стані, тобто для гетерогенних дисперсних систем.

До гетерогенних дисперсних систем можна віднести: сипучі і пористі тіла, нафту, полімери, будівельні матеріали, ґрунти, сплави, волокна, біологічні тканини (людина – ходячий колоїд: тіло людини містить гелі і розчини високомолекулярних сполук, а кров складається із золей, макромолекул і крапель емульсій), мийні засоби, продукти харчування, ліки, фарби, папір, косметику, хмари, пил, тумани і т.д.

Якщо в макроскопічному тілі кількість молекул, що лежать на поверхні, складає дуже малу частку від їх загального числа, то в міру диспергування ця частка зростає.

Неважко довести, що в процесі диспергування при незмінному хімічному складі й агрегатному стані тіла, що подрібнюється, різко зростає площа поверхні.

Цей факт цілком зрозумілий, оскільки у високодисперсних системах сумарна площа поверхні поділу фаз (SΣ), яка обумовлена ступенем роздробленості речовини, може досягати величезних розмірів. Сказане вище можна пояснити на наступному прикладі. Так, якщо розглядати дисперговану речовину з частками

кубічної форми, то при ребрі частки l=1см об’єм речовини в 1см3 (1частка) має площу, рівну S=6см2; якщо ж розміри ребра частки зменшити на порядок і прийняти рівним l=1мм, то той же об’єм речовини в 1см3, що тепер буде складатися з 103 часток буде мати площу SΣ=60см2, якщо і далі йти убік дроблення речовини, то при ребрі кубічної частки l=1мкм, об’єм речовини в 1см3, представлений 1012 часток, має SΣ=60 000см2, а для частки з ребром l=1нм і, відповідно, кількістю часток 1021 сумарна площа поверхні складе SΣ=60 000 000см2 (6 000м2).

Подивимося, що відбувається при утворенні нової поверхні:

- розрив хімічних зв'язків поверхневих атомів;

- ослаблення фізичної взаємодії атомів на поверхні;

- зміна реакційної здатності на поверхні;

- зміна хімічного складу поверхні за рахунок адсорбції.

При цьому, природно, змінюються і дуже сильно властивості речовини: температура фазових переходів., електропровідність, реакційна здатність і т.д.

Таким чином, поверхневий шар по своїх фізико-хімічних властивостях представляє фактично інший матеріал. Зі збільшенням ступеня дроблення збільшується сумарна поверхня поділу (SΣ), а значить фізико-хімічні властивості змінюються сильніше. У речовин можуть з'являться нові не характерні властивості: так, борошно, текстиль, вугілля в пилоподібному стані викликають вибух.

І тому, дуже часто поводження гетерогенної дисперсної системи багато в чому визначається, саме, властивостями поверхневого шару, які відрізняються від властивостей об’ємної фази.

Оскільки багато технологічних процесів протікає в дисперсних системах, то поверхневі явища відіграють визначальну роль при протіканні здрібнювання, гра-

нулювання, фільтрації, спікання, синтезу нових матеріалів, утворення нової фази, корозії, склеювання, фарбування, друкування і т.п. і супроводжуються поверхневими явищами такими як адсорбція, адгезія, змочування, капілярні явища, виникнення подвійного електричного шару.

Представлення «колоїдної хімії» використовуються в:

Матеріалознавстві – «нанохимия», порошкова металургія, механохімія і т.д.

Будівельні матеріали – бетони, пінопласти, фарби

Екології – аэрозоли, очищення вод, пил

Медицина – біологічні процеси, механізми впливу на організм

Метеорологія – хмари, тумани

Ґрунтознавствокапілярні ефекти

Косметологія, фармацевтика – виготовлення засобів і лік

Харчова промисловість – виготовлення шоколаду, майонезу, насолод, маргарину

Текстильна і паперова промисловість – якість фарбування, друкування

Щорічно виготовляються мільйони тонн речовин у колоїдному стані.

«Колоїдна хімія» стала родоначальницею нових дисциплін «нанохімії» і «супрамолекулярної хімії».
1. Характеристика предмета колоїдної хімії




Поділіться з Вашими друзьями:
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   53


База даних захищена авторським правом ©referatu.in.ua 2019
звернутися до адміністрації

    Головна сторінка