В.Г. Куличихин, Л.И. Лопатина - Методическая разработка по курсу «коллоидная химия»

Московский государственный университет имени М.В.ЛомоносоваХимический факультетКафедра коллоидной химииМетодическая разработкапо курсу «Коллоидная химия»Москва 2009Московский государственный университет имени М. В. ЛомоносоваХимический факультетКафедра коллоидной химииОдобрено методической комиссиейкафедры коллоидной химиихимического факультетаМГУ имени М. В. ЛомоносоваМетодическая разработкапо курсу «Коллоидная химия»(специальность «Фармация»)Составители:Член-корр.РАН, профессор В.

Г. КуличихинДоцент Л. И. ЛопатинаМосква 200921. ВВЕДЕНИЕПредмет, задачи и методы коллоидной химииИсторическийэкскурс.Становлениеколлоиднойхимиикаксамостоятельной науки. Связь с другими науками. Основные этапы развитияколлоидно-химических представлений. Роль отечественных и зарубежныхисследователей в формировании научных взглядов в области коллоиднойхимии. Коллоидная химия и фармация. Коллоидно-химические подходы внанотехнологиях.Дисперсные системы как основные объекты коллоидной химии.Универсальность дисперсного состояния вещества. Классификациядисперсных систем по агрегатному состоянию фаз.

Фазовое, агрегатное ирелаксационное состояния. Классификация дисперсных систем по размеручастиц;количественныехарактеристики:дисперсность,удельнаяповерхность; методы определения размеров частиц и их распределения поразмерам. Особенности взаимодействия дисперсной фазы с дисперсионнойсредой. Понятие о лиофильных и лиофобных дисперсных системах.Определяющая роль поверхностных явлений в коллоидной химии.2. ОСОБЕННОСТИ ПОВЕРХНОСТИ РАЗДЕЛА ФАЗОсновы термодинамики поверхностных явлений в однокомпонентныхсистемах. Удельная избыточная свободная энергия поверхности раздела фаз.Поверхностное натяжение как термодинамический параметр.

Методизбыточных величин Гиббса. Понятие эквимолекулярной поверхности.Влияние химической природы вещества и температуры на величинуповерхностного натяжения на границе раздела жидкость-газ. Критическаятемпература (по Менделееву). Дисперсионная и недисперсионнаясоставляющие поверхностного натяжения. Когезия.Межфазное натяжение на границе раздела двух жидкостей. Адгезия.Правило Антонова.Смачивание.

Краевой угол смачивания. Закон Юнга. Термодинамическиеусловия смачивания и растекания на твердых и жидких поверхностях.Гидрофильность и гидрофобность поверхности твердых тел. Методыизмерения поверхностной энергии твердых тел.Капиллярные явления.Особенности искривленной границы раздела фаз. Капиллярное давление.Закон Лапласа: связь поверхностного натяжения с капиллярным давлением.Капиллярное поднятие, капиллярная постоянная. Зависимость давлениянасыщенного пара и растворимости вещества от кривизны поверхностираздела сосуществующих фаз (закон Томсона (Кельвина)).Роль капиллярных явлений в биологии, медицине и технике.Методы определения поверхностного натяжения.33.

АДСОРБЦИЯ НА МЕЖФАЗНЫХ ПОВЕРХНОСТЯХПоверхность жидкость-газ; понятия поверхностной активности иинактивности. Поверхностно-активные вещества (ПАВ). Ионогенные инеионогенные ПАВ. Количественная характеристика процесса адсорбции.Уравнение Гиббса. Изотерма поверхностного натяжения и изотермаадсорбции. Уравнение Шишковского. Область Генри.Теория мономолекулярной адсорбции Ленгмюра.

Константа адсорбционногоравновесия. Понятие адсорбционной активности ПАВ. Движущая силаадсорбции ПАВ из водных растворов. Влияние длины углеводородногорадикала ПАВ на адсорбцию. Правило Дюкло-Траубе.Двухмерное состояние ПАВ в адсорбционном слое. Двухмерное давление.Весы Ленгмюра. Строение адсорбционных слоев. Определение размеровмолекул органических ПАВ. Ленгмюровские пленки как моделиорганизованных структур. Поверхностная и адсорбционная активностьбиополимеров.Поверхности жидкость-жидкость и жидкость-твердое тело. Особенностипроцесса адсорбции ПАВ на межфазной границе жидкостей различнойполярности. Правило уравнивания полярностей Ребиндера. Движущая силапроцесса адсорбции ПАВ из неводных растворов.Особенности процесса адсорбции ПАВ на межфазной границе жидкостьтвердое тело.

Удельная поверхность адсорбента. Ориентация дифильныхмолекулнаповерхностиадсорбентовразличнойполярности.Гидрофобизация и гидрофилизация твердых поверхностей. Влияниеадсорбционных слоев ПАВ на смачивание.Органические ПАВ, их классификация по химическому строению имеханизму действия. Представление о гидрофильно-липофильном балансе(ГЛБ) молекул ПАВ. Шкала Гриффина.Роль процесса адсорбции в фармации.4. КЛАССЫ ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМТермодинамически равновесные системы («лиофильные» коллоидныесистемы). Критерий самопроизвольного диспергирования.Мицеллярные коллоидные системы; основы термодинамики процессамицеллообразования.Фазовыедиаграммы.ТемператураКрафта.Критическая концентрация мицеллообразования (ККМ), методы ееопределения.

Строение мицелл и их эволюция с ростом концентрации ПАВ.Факторы, влияющие на величину ККМ. Мицеллообразование в неводныхсредах. Солюбилизация.Самоорганизованные фазы ПАВ. Жидкокристаллические системы.Липосомы и везикулы.Микроэмульсии. Классификация Винзора. Методы исследованиямикроэмульсий.Лиофильные коллоидные системы в медицине и фармации.4Термодинамически неравновесные системы («лиофобные» коллоидныесистемы). Методы образования лиофобных дисперсных систем.Эмульсии – дисперсные системы жидкость-жидкость.

Прямые и обратныеэмульсии:масло-водаивода-масло.Эмульгаторы.Свойстваконцентрированных и высококонцентрированных эмульсий. Твердыенаночастицы как стабилизаторы эмульсий. Эмульсии в фармации.Золи и суспензии – системы с твердой дисперсной фазой. Получение;устойчивость суспензий. Роль межчастичных взаимодействий. Коагуляция.Пасты. Нанокомпозиты с полимерными матрицами. Золи и суспензии вфармации.Пены – системы с газообразной дисперсной фазой и жидкой дисперсионнойсредой. Каналы Плато. Устойчивость пен.

Роль ПАВ.Аэрозоли – системы с газообразной дисперсионной средой: получение имолекулярно-кинетические свойства. Электрические свойства. Устойчивостьаэрозолей. Разрушение аэрозолей и пен.Применение аэрозолей в фармации.5. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМДвойной электрический слой (ДЭС) на поверхности раздела твердое теложидкость.

Причины его образования. Модели строения ДЭС.Электрокинетическийпотенциал.Электрокинетическиеявления:электрофорез, электроосмос, потенциалы седиментации и протекания.Электродиализ. Явление перезарядки коллоидных частиц. Изоэлектрическоеиизоионноесостояние.Ионныйобмен.Методыизмеренияэлектрокинетического потенциала. Уравнение Гельмгольца-Смолуховского.Применение электрофореза и электроосмоса в фармации.Методы очистки дисперсных систем.6. УСТОЙЧИВОСТЬ ЛИОФОБНЫХ ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМCедиментационная устойчивость. Молекулярно-кинетические свойстваколлоидных систем. Седиментационно-диффузионное равновесие.

ЗаконЭйнштейна. Седиментационный анализ эмульсийи суспензий.Дифференциальная и интегральная кривые распределение частиц поразмерам.Агрегативная устойчивость. Энергия взаимодействия частиц. КонстантаГамакера. Коагуляция, коалесценция, изотермическая перегонка - процессы,приводящие к потере агрегативной устойчивости.Теория Дерягина-Ландау-Фервея-Овербека (ДЛФО). Расклинивающеедавление. Факторы, влияющие на агрегативную устойчивость. Эффективнаяупругость адсорбционных слоев (теория Марангони-Гиббса).

Структурномеханический барьер по Ребиндеру. Реологические свойства адсорбционныхслоев ПАВ. Защитные коллоиды.5Коагуляция лиофобных золей электролитами. Правило Шульце-Гарди. Зоныустойчивости при перезарядке коллоидных частиц. Пептизация. Взаимнаякоагуляция золей. Флокуляция. Микрокапсулирование.7. РЕОЛОГИЧЕСКИЕ И СТРУКТУРНО-МЕХАНИЧЕСКИЕСВОЙСТВА ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМРеология как наука о связи между деформациями, скоростями деформации инапряжениями. Закон Ньютона. Основные реологические характеристикидисперсных систем: вязкость, упругие и пластические деформации, пределтекучести. Механические модели вязкоупругого поведения в условияхсдвига (Максвелла, Кельвина-Фойхта, Бюргерса, Бингама).

Ротационная икапиллярная вискозиметрия. Зависимость вязкости дисперсных систем отконцентрации и формы частиц твердой фазы. Закон Эйнштейна.Деформация капель дисперсной фазы при течении; условия формированиярегулярных структур.Структурообразование в дисперсных системах. Природа контактов междуэлементами структуры. Образование и свойства гелей.Коагуляционные структуры; условия образования; механические свойства;явление тиксотропии.Кристаллизационные структуры; условия образования и механическиесвойства.Агрегация (слеживаемость) порошков.