Е.А. Амелина - Методическая разработка по курсу «коллоидная химия»

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТимени М.В.ЛомоносоваХимический факультетКафедра коллоидной химииМетодические разработкипо курсу «Коллоидная химия»Москва – 2007МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТимени М.В. ЛОМОНОСОВАХимический факультетКафедра коллоидной химиидоцент Е.А.АмелинаУтвержденоучебно-методической комиссиейкафедры коллоидной химиихимического факультета МГУМЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКАпо курсу “КОЛЛОИДНАЯ ХИМИЯ”Под редакцией доцента Л.И.ЛопатинойМосква - 20071Пояснительная запискаКурс коллоидной химии знакомит студентов факультета почвоведения сосновами современного учения о дисперсном состоянии вещества иповерхностных явлениях в дисперсных системах.Курс ставит целью дать четкое представление о теоретических иэкспериментальных основах этой обширной самостоятельной областихимической науки и их приложении в почвоведении.К основным вопросам, изучаемым в данном курсе, относятся: особыесвойства границ раздела фаз и явления на межфазных границах; пути и условияобразования дисперсных систем, их особые молекулярно-кинетические,оптические и электроповерхностные свойства; устойчивость и разрушениедисперсных систем; развитие в них пространственных структур сосвоеобразными реологическими свойствами; управление свойствамидисперсных систем.

Универсальность дисперсного состояния определяетфундаментальную роль коллоидной химии в прогрессе химической и другихестественных наук: почвоведения, геологии, биологии, медицины и др.Задачей курса является формирование у студентов современныхпредставлений о дисперсном состоянии вещества, свойствах межфазныхповерхностей в микрогетерогенных системах и значении основныхзакономерностей поверхностных и коллоидно-химических явлений дляраскрытия механизмов различных процессов в природных дисперсныхсистемах. Освоение курса коллоидной химии способствует более глубокомупониманию многочисленных процессов (физических и химических),протекающих при образовании, функционировании и обработке почв,обеспечивая тем самым необходимый фундамент знаний для успешногоизучения студентами почвенного факультета специальных дисциплин.

В курсеотражено практическое приложение основных закономерностей коллоиднойхимии к различным аспектам учения о почвах, а также рациональногоиспользования и защиты окружающей среды.2Освоение студентами курса коллоидной химии в соответствии с учебнымпланом предусматривает проработку лекционного материала с привлечениемсоответствующей учебной литературы и выполнение лабораторных работ впрактикуме.Весь материал курса разделен на 3 темы:1) Поверхность раздела фаз и поверхностные явления.2) Образование дисперсных систем и их свойства (электроповерхностные имолекулярно-кинетические).3) Устойчивость, структурообразование и структурно-механические свойствадисперсных систем.Лабораторные работы преследуют цель усвоения и закрепленияматериала по соответствующим темам, а также привитие студентамнеобходимого минимума практических навыков в постановке и выполненииколлоидно-химических экспериментов и обработке результатов.По каждой теме предусмотрено выполнение 2-х – 3-х лабораторныхработ, проведение семинаров по материалам лекций и сдача коллоквиума(всего 3 коллоквиума).

Отдельные вопросы курса, не вошедшие в материалколлоквиумов, выделены для самостоятельной работы студентов.По завершении освоения курса коллоидной химии студенты сдаютэкзамен.Объем курса: 54 часа, в том числе 18 часов лекции, 36 часов практикума,включая семинары и коллоквиумы.Темы лекцийЛекция 1. Введение: определение, основные задачи и направления коллоиднойхимии. Классификация дисперсных систем. Свойства поверхностей разделафаз, связь с молекулярными взаимодействиями.Лекция 2. Явления смачивания и капиллярности.Лекция 3.

Адсорбция из растворов и влияние адсорбционных слоев на свойстваграниц раздела фаз.Лекция 4. Электроповерхностные свойства дисперсных систем.Лекция 5. Образование дисперсных систем. Лиофобные и лиофильныедисперсные системы.Лекция 6. Устойчивость лиофобных дисперсных систем, факторыстабилизации.Лекция 7. Структурообразование и структурно-механические свойствадисперсных систем.Лекция 8.

Молекулярно-кинетические и оптические свойства коллоидныхсистем, дисперсионный анализ анализ суспензий.Лекция 9. Коллоидно-химические свойства ВМС и их растворов. Коллоиднохимические методы охраны окружающей среды.3Литература1. Амелина Е.А. Методическое пособие к курсу коллоидной химии, М.: ХимфакМГУ, ч.1, 2, 32007.2. Щукин Е.Д., Перцов А.В., Амелина Е.А.

Коллоидная химия, 3-ое изд., М.:Высшая школа. 2004.3. Фридрихсберг Д.А. Курс коллоидной химии, Л.: Химия, 1984 или 1995.4. Воюцкий С.С. Курс коллоидной химии, 2-е изд., М.: Химия, 1975.5. Методическая разработка к практикуму по коллоидной химии.

СоставительЕ.А.Амелина. М.: Изд. МГУ, Химфак, 2005.Дополнительная литература1. Сумм Б.Д. Основы коллоидной химии, М.: Академия, 2006.Темы и содержание семинаров1-й семинар:Классификация и характеристики дисперсных систем. Поверхностныеявления.1. Определение и классификация дисперсных систем.2.

Свободная поверхностная энергия границы раздела фаз. Поверхностное имежфазное натяжение. Правило Антонова.3. Работа (энергия) когезии и адгезии.4. Смачивание. Краевой угол. Закон Юнга. Термодинамическое условиесмачивания и растекания.5. Избирательное смачивание. Гидрофильные и гидрофобные поверхности;характеристики гидрофильности (и гидрофобности) поверхностей.6.

Капиллярное давление. Закон Лапласа.7. Капиллярное поднятие. Формула Жюрена.8. Капиллярная стягивающая сила менисков.9. Закон Томсона (Кельвина); процессы изотермической перегонки,рекристаллизации и капиллярной конденсации.2-й семинар:Адсорбция из растворов и свойства адсорбционных слоев ПАВ.1. Определение и количественная мера адсорбции.2. Поверхностно-активные (ПАВ) и поверхностно-инактивные вещества.Поверхностная активность.3. Изотермы поверхностного натяжения; уравнение Шишковского. ПравилоДюкло-Траубе.4. Изотерма адсорбции; уравнение Гиббса.5.

Уравнение изотермы молекулярной адсорбции Ленгмюра.6. Влияние адсорбционных слоев ПАВ на смачивание твердых тел.7. Адсорбционные методы определения удельной поверхности адсорбентов.43-й семинар:Электроповерхностные свойства дисперсных систем.1. Двойной электрический слой (ДЭС) на поверхности раздела фаз.2.

Причины образования ДЭС, его строение.3. Ионный обмен. Лиотропные ряды.4. Электрокинетические явления.5. Электрокинетический ( ζ-) потенциал.6. Уравнение Гельмгольца-Смолуховского для скорости электроосмотического(электрофоретического) переноса.7. Строение мицелл лиофобных золей.8. Влияние электролитов на строение ДЭС и электрокинетические явления.9. Изоэлектрическое состояние. Перезарядка коллоидных частиц.4-й семинар:Образование дисперсных систем.1.

Конденсационное образование дисперсных систем.2. Критический зародыш, работа его образования.3. Образование дисперсных систем при диспергировании.4. Адсорбционное понижение прочности твердых тел (эффект Ребиндера). Рольэтого эффекта в процессах образования и эрозии почв.5. Самопроизвольное диспергирование макрофаз. Лиофильные дисперсныесистемы.6. Самопроизвольное диспергирование агрегатов (пептизация).

Условиепептизации.5-й и семинар:Устойчивость, разрушение и стабилизация лиофобных дисперсных систем.1. Агрегативная и седиментационная устойчивость.2. Процессы, приводящие к разрушению дисперсных систем.3. Факторы агрегативной устойчивости дисперсных систем.4. Расклинивающее давление (по Дерягину); составляющие расклинивающегодавления.5. Структурно-механический барьер (по Ребиндеру).6. Коагуляция золей электролитами. Правило Шульце-Гарди; критерийЭйлерса-Корфа.7.

Зоны устойчивости и коагуляции. Пептизация под действием электролитов.8. Основные положения теории ДЛФО.9. Флокуляция дисперсий полиэлектролитами.6-й семинар:Структурообразование и структурно-механические свойства дисперсныхсистем.1. Процессы, приводящие к образованию дисперсных структур.2. Классификация дисперсных структур.53. Природа прочности контактов между частицами в дисперсных структурахразличных типов.4. Прочность дисперсных структур.5. Тиксотропия.6. Реологические свойства свободнодисперсных систем. Уравнение Ньютона;уравнение Эйнштейна. Аномалия вязкости.7. Реологические свойства структурированных дисперсных систем.

Полнаяреологическая кривая. Уравнение Бингама.Методические указания к коллоквиумам и семинарамТема I. Свойства поверхности раздела фаз и поверхностные явленияОпределение и классификация дисперсных систем.Причины возникновения избыточной свободной энергии на поверхностираздела фаз. Поверхностное натяжение как характеристика избытка свободнойэнергии в поверхностном слое.

Поверхностная энергия и энергиявзаимодействия молекул (атомов, ионов) в конденсированной фазе. Энергия(работа) когезии как характеристика молекулярных взаимодействий в объемеконденсированной фазы. Связь работы когезии и поверхностного натяжения.Полярные и неполярные фазы.Поверхность раздела между конденсированными фазами. Работа адгезии,как характеристика взаимодействия между молекулами граничащих фаз.Межфазное натяжение. как характеристика разности полярностей граничащихфаз.Понятие о смачивании и несмачивании твердых тел. Краевой угол, какхарактеристика смачивания.

Смачивание водой и углеводородами полярных инеполярных поверхностей. Термодинамические условия смачивания,растекания и несмачивания: сопоставление работ адгезии и когезии. Работарастекания.Избирательноесмачивание.Количественныехарактеристикигидрофильности и гидрофобности поверхностей. Влияние химического составапочв на их смачиваемость водой.Капиллярные явления: капиллярное давление, капиллярное поднятие,стягивание частиц менисками.