PhysColl_Colloids (С.И. Левченков - Физическая и коллоидная химия), страница 5
Описание файла
Файл "PhysColl_Colloids" внутри архива находится в папке "С.И. Левченков - Физическая и коллоидная химия". PDF-файл из архива "С.И. Левченков - Физическая и коллоидная химия", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "физическая химия" из 7 семестр, которые можно найти в файловом архиве МГУ им. Ломоносова. Не смотря на прямую связь этого архива с МГУ им. Ломоносова, его также можно найти и в других разделах. .
Просмотр PDF-файла онлайн
Текст 5 страницы из PDF
Соотношениемежду этими двумя процессами определяет кинетическую устойчивость золей –способность коллоидных частиц удерживаться во взвешенном состоянии, неподвергаясь седиментации.В статистической теории броуновского движения, развитой А.Эйнштейном,вводится понятие средний сдвиг ±∆x, представляющий собой проекцию расстояниямежду положениями частицы X1 и X2, в которых частица находилась во время двухпоследовательных наблюдений через время t.
Значение квадрата среднего сдвигаможно найти по уравнению Эйнштейна, связывающего ∆x2 с температурой T,радиусом взвешенных частиц r и вязкостью среды η:∆x 2RT=t3 πN A η r(IV.21)26Средний сдвиг частицы связан с коэффициентом диффузии D, который можетбыть рассчитан по уравнению (IV.22):∆x2 = 2DtD=КаквидноопределяетсяизkT(IV.23)6πηrуравненияотношением(IV.22)(IV.23),тепловойвеличинаэнергиикоэффициентамолекулkTидиффузиивязкостногосопротивления диффузии со стороны среды. Поскольку процесс диффузиипроявляется тем сильнее, чем меньше масса частиц, кинетическая устойчивостьзоля прямо пропорциональна размеру коллоидных частиц.
Заметное оседаниечастиц в системе, обладающей высокой кинетической устойчивостью, можновызвать при помощи центрифугирования золя, используя значительные по величинецентробежные силы, что многократно увеличивает силу, действующую на частицу испособствующую её оседанию (современные ультрацентрифуги работают приускорениях свыше 400000g).wdN__rNtrBРис. 4.13 Кривая седиментацииМетодыседиментациииrРис. 4.14 Кривая распределенияультрацентрифугированияприменяютсядляизучения полидисперсности коллоидных систем, обусловленной существованием вколлоидных системах частиц различных размеров. Изучение полидисперсностиколлоидных систем для установления количественного распределения частиц поразмерам (т.н.
кривых распределения) – седиментационный анализ – производитсяпри помощи измерения возрастания веса осевших частиц w со временем. Порезультатам такого исследования строят кривые седиментации (рис. 4.13). Проводяанализ кривой седиментации, можно рассчитать кривую распределения для даннойсистемы, которая характеризует относительное содержание в системе частиц27разного размера (рис.
4.14). Обычно кривые распределения содержат одинмаксимум, который соответствует rВ – наиболее вероятному радиусу частицдисперсной фазы.4.2.6 Очистка коллоидных системНекоторыемолекулярно-кинетическиесвойстваколлоидныхсистемиспользуют для очистки золей от электролитов и молекулярных примесей, которымиполученныеметодамизоличастоочисткибываютколлоидныхзагрязнены.системНаиболееявляютсяраспространеннымидиализ,электродиализиультрафильтрация, основанные на свойстве некоторых материалов – т.н.полупроницаемых мембран (коллодия, пергамента, целлофана и т.п.) – пропускатьионы и молекулы небольших размеров и задерживать коллоидные частицы. Всеполупроницаемыемембраныпредставляютсобойпористыетела,инепроницаемость их для коллоидных частиц обусловлена тем, что коэффициентдиффузии для коллоидных частиц значительно (на несколько порядков) меньше,чем для ионов и молекул, имеющих намного меньшие массу и размеры.Диализ является очень медленным процессом; для более быстрой и полнойочистки золей применяют электродиализ.
Электродиализатор состоит из трехчастей;в среднюючасть,отделеннуюотдвух других полупроницаемымимембранами, за которыми помещены электроды, наливается золь. При подключениик электродам разности потенциалов катионы содержащихся в золе электролитовдиффундируют через мембрану к катоду, анионы – к аноду. Преимуществоэлектродиализа заключается в возможности удаления даже следов электролитов(необходимопомнить,чтостепеньочисткиограничиваетсяустойчивостьюколлоидных частиц; удаление из золя ионов-стабилизаторов приведет к коагуляции).Еще одним методом очистки золей является ультрафильтрация – отделениедисперсной фазы от дисперсионной среды путем фильтрования под давлениемчерез полупроницаемые мембраны. При ультрафильтрации коллоидные частицыостаются на фильтре (мембране).4.2.7 Оптические свойства коллоидных системОсобыеоптическиесвойстваколлоидныхрастворовобусловленыихглавными особенностями: дисперсностью и гетерогенностью.
На оптическиесвойства дисперсных систем в значительной степени влияют размер и формачастиц. Прохождение света через коллоидный раствор сопровождается такими28явлениями,какпоглощение,отражение,преломлениеирассеяниесвета.Преобладание какого-либо из этих явлений определяется соотношением междуразмером частиц дисперсной фазы и длиной волны падающего света. Вгрубодисперсныхсистемахвосновномнаблюдаетсяотражениесветаотповерхности частиц. В коллоидных растворах размеры частиц сравнимы с длинойволны видимого света, что предопределяет рассеяние света за счёт дифракциисветовых волн.Светорассеяние в коллоидных растворах проявляется в виде опалесценции –матового свечения (обычно голубоватых оттенков), которое хорошо заметно натёмном фоне при боковом освещении золя.
Причиной опалесценции являетсярассеяние света на коллоидных частицах за счёт дифракции. С опалесценциейсвязано характерное для коллоидных систем явление – эффект Тиндаля: припропусканиипучкасветачерезколлоидныйрастворснаправлений,перпендикулярных лучу, наблюдается образование в растворе светящегося конуса.Процесс дифракционного светорассеяния на частицах, размер которыхзначительно меньше длины волны описывается уравнением Рэлея, связывающиминтенсивность рассеянного единицей объёма света I с числом частиц в единицеобъёма ν, объёмом частицы V, длиной волны λ и амплитудой А падающегоизлучения и показателями преломления дисперсной фазы и дисперсионной средыn1 и n2 соответственно:2224 νπ 2 V 2 A 2 n1 − n2 2I=n + n 2 λ42 1(IV.24)Из уравнения (IV.24) видно, что, чем меньше длина волны падающегоизлучения, тем больше будет рассеяние.
Следовательно, если на частицу падаетбелый свет, наибольшее рассеивание рассеяние будут испытывать синие ифиолетовые компоненты. Поэтому в проходящем свете коллоидный раствор будетокрашен в красноватый цвет, а в боковом, отраженном – в голубой.На сравнении интенсивности светорассеяния золей, один из которых имеетизвестную концентрацию (степень дисперсности), основан метод определенияконцентрации либо степени дисперсности золя, называемый нефелометрией.
Наиспользовании эффекта Тиндаля основывается ультрамикроскоп – прибор,позволяющий наблюдать коллоидные частицы размером более 3 нанометров врассеянном свете (в обычном микроскопе можно наблюдать частицы с радиусом неменее 200 нм из-за ограничений, связанных с разрешающей способностью оптики)..