Поверхневі явища та дисперсні системи - Учебное пособие

Навчальний посібник “Поверхневі явища та дисперсні системи”Поверхневі явища, закономірності, яким вони підкоряються, властивості дисперсних систем, а також процеси, що в них відбуваються, вивчає колоїдна хімія. Дослідження властивостей дисперсних систем дає можливість більш глибокого теоретичного розуміння структури речовин та суті багатьох природних і технологічних процесів. Для грамотного управління технологічними процесами інженер-металург повинен знати закони, яким підкоряються дисперсні системи та тісно звязані з ними поверхневі явища, що протікають на межі поділу фаз, уміти кількісно охарактеризувати та описати властивості цих систем.За своїми фізико-хімічними властивостями поверхня поділу, на якій відбуваються гетерогенні процеси, різко відрізняється від властивостей внутрішніх областей обох межуючих фаз.Адсорбція може відбуватись на межі поділу різних гетерогенних систем: газ-тверде тіло, розчин-тверде тіло та газ-розчин. ,(1.2) де - обєм газу, який повністю заповнює поверхню 1 г адсорбенту,?м3; - число Авогадро, яке дорівнює 6,02.1023 молекул/моль; m-маса адсорбенту, г; 22,4.10-3 - обєм 1 моль газу, м3; S0 - площа, яку займає 1 молекула адсорбтиву, м2. Кількісна залежність величини адсорбції від тиску або концентрації газу виражається ізотермою адсорбції Ленгмюра ,(1.4) або ,(1.5) де - величина адсорбції, що показує кількість речовини, адсорбованої одиницею поверхні адсорбенту або одиницею маси адсорбенту, кмоль/м3 (кмоль/г); - величина граничної адсорбції, що показує кількість речовини, адсорбованої одиницею поверхні або одиницею маси адсорбенту, яка відповідає повному заповненню усіх активних центрів, кмоль/м2 (кмоль/г); - рівноважний парціальний тиск адсорбтиву, Па; - рівноважна концентрація адсорбтиву, кмоль/м3; - константа адсорбційної рівноваги,?м3?Па/кмоль. Гранична адсорбція та константа адсорбційної рівноваги залежить від природи компонентів системи і не залежить від тиску (концентрації) адсорбтиву і температури.Якщо молекули рідини взаємодіють з молекулами твердого тіла сильніше, ніж між собою, то переважає сила адгезії і рідина розтікається по поверхні твердого тіла, тобто змочує його. Якщо ж молекули рідини взаємодіють одна з одною сильніше, ніж з молекулами твердого тіла, то переважає сила когезії і рідина не розтікається по поверхні твердого тіла. Змочування твердого тіла рідиною характеризується крайовим кутом змочування (?), який можна визначити за рівнянням Юнга cos ? = ,(1.13) де - поверхнева енергія на межі поділу тверде тіло - газ, яка намагається розтягнути краплю уздовж поверхні твердого тіла; міжфазна поверхнева енергія на межі тверде тіло - рідина, яка намагається стягнути краплю; поверхневий натяг рідини. Якщо , то тверде тіло буде змочуватись рідиною, крайовий кут змочування буде гострим. На крайовий кут змочування впливає хімічна природа рідини, природа і структура поверхні твердого тіла, наявність тонких оксидних плівок на його поверхні, домішків, які забруднюють поверхню тощо.Визначте величину адсорбції кислоти 1г активованого вугілля. Величину адсорбції оцтової кислоти активованим вугіллям визначимо за рівнянням Концентрацію розчину оцтової кислоти після встановлення адсорбційної рівноваги розрахуємо за рівнянням моль-екв/л. Підставимо в рівняння (1.8) числове значення і отримаємо моль-екв/г. Таким чином, 1 г активованого вугілля адсорбує 5?10-4 моль-екв оцтової кислоти.Визначте величину адсорбції азоту на цеоліті при рівноважному тиску 100 Па, якщо гранична адсорбція дорівнює 36,9?10-9 кг/кг, а константа адсорбційної рівноваги - 0,156 Па-1. Використовуючи графічний метод, визначте граничну адсорбцію та константу адсорбційної рівноваги в рівнянні Ленгмюра. Розрахуйте величину граничної адсорбції азоту на цеоліті при рівноважному тиску 100 Па, якщо за цих умов величина адсорбції складає 34,68?10-9 кг/кг, а константа адсорбційної рівноваги дорівнює 0,156 Па-1. Визначте, який обєм аміаку при 273 К і 1,013?105 Па може адсорбуватись на поверхні 50 г активованого вугілля, якщо уся його поверхня буде повністю вкрита аміаком. Поверхня 1 г вугілля займає 1000 м2, діаметр молекули аміаку дорівнює 3?10-10 м.За експериментальними даними, отриманими при 298 К (табл.1.1), побудуйте графік залежності поверхневого натягу масляної кислоти () від концентрації (С). Визначте поверхневу активність і адсорбцію масляної кислоти на поверхні поділу розчин-повітря при концентрації СХ (табл.1.2). Варіанти концентрацій кислоти, при яких визначається величина адсорбціїЯкщо система двокомпонентна, то один з компонентів називається дисперсною фазою, а другий - дисперсійним середовищем.Колоїдні розчини (золі) - це високодисперсні гетерогенні системи, в яких дисперсна фаза представлена не молекулами, а агрегатами, що складаються з великої кількості молекул важкорозчинної речовини. Відповідно до міцелярної теорії будь-який колоїдний розчин складається з міцел і дисперсійного середовища.

ЗМІСТ

ВСТУП

1. ПОВЕРХНЕВІ ЯВИЩА

1.1 Адсорбція

1.2 Змочування

1.2.1 Розвязання типових задач

1.2.3 Багатоваріантна задача

1.2.2 Задачі для практичних занять, самостійної роботи (домашніх завдань) та контрольних робіт

2. ДИСПЕРСНІ СИСТЕМИ

2.1 Колоїдні розчини. Будова колоїдних міцел

2.1.1 Розвязання типових задач

2.1.2 Задачі для практичних занять, самостійної роботи (домашніх завдань) та контрольних робіт

2.2 Властивості колоїдних розчинів

2.2.1 Оптичні властивості колоїдних розчинів

2.2.2 Молекулярно-кінетичні властивості колоїдних розчинів

2.2.3 Розвязання типових задач

2.2.4 Задачі для практичних занять, самостійної роботи (домашніх завдань) та контрольних робіт

2.2.5 Електричні властивості колоїдних розчинів

2.2.6 Агрегативна стійкість і коагуляція колоїдних розчинів

2.2.7 Розвязання типових задач

2.2.8 Задачі для практичних занять, самостійної роботи (домашніх завдань) та контрольних робіт

ЛІТЕРАТУРА