Физико-химия дисперсных систем

Лекция 1. Термодинамика поверхностных явлений

О курсе

Итоговая аттестация – ЗАЧЕТ (тест в июне)

Промежуточные аттестации:

самостоятельное решение задач на семинарах

тестирование в MOODLE по каждой теме

Допуск к зачету:

Выполнение и защита всех лабораторных работ на практикуме

Выполнение самостоятельных работ (не менее 60%)

Промежуточное тестирование

Сдают зачет УСТНО:

прогульщики лекций, семинаров и тестов

получившие хотя бы один незачет по промежуточным тестам

2

О курсе

Рекомендуемые методические материалы

Сайт http://kozaderov.ru

БАКАЛАВРЫ – ХФММ – ДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ

Рабочая программа

Презентации лекций

Рекомендуемая литература

Сборник упражнений и задач

Методичка для практикума

Как оформляется отчет по лабораторной работе

Как рассчитать доверительный интервал

Рекомендуемые справочники

Учебные видеофильмы

Ссылка на курс в MOODLE (для прохождения тестирования)

3

Дисперсные системы

гетерогенные системы двухфазные

многофазные

по крайней мере одна из фаз находится в дисперсном состоянии содержит малые частицы

тонкие пленки

мембраны

волокна

микроскопические фазы характеризуются четко выраженными поверхностями раздела

4

Состав дисперсной системы

Дисперсионная среда

Частица дисперсной

фазы

Поверхность раздела фаз

5

Основные характеристики дисперсных систем

6

• Дисперсность

• D = d -1 (d – средний размер дисперсной частицы)

• Удельная поверхность

суммарная поверхность всех частиц в единице объема или единице массы вещества

• Sуд = Sдф / Vдф

• Sуд = Sдф / mдф

Классификация дисперсных систем по степени дисперности

7

грубодисперсные системы r ≥ 10 мкм, Sуд < 1 м2/г

песок, щебень, бетон; крупы, сахар, крахмал

микрогетерогенные системы 100 нм ≤ r ≤ 10 мкм, Sуд ≈ 1 м2/г

суспензии, эмульсии, пены

коллоидные растворы (ультрамикрогетерогенные системы) 1 нм ≤ r ≤ 100 нм, Sуд ≈ 1000 м2/г

солидозоли, лиозоли, аэрозоли

Классификация коллоидных систем по агрегатному состоянию фаз

8

Дисперсная

фаза

Дисперсионная среда

Газообразная Жидкая Твердая

АЭРОЗОЛИ ЛИОЗОЛИ СОЛИДОЗОЛИ

Газообразная - пена почва

Жидкая туман эмульсии влажная почва

Твердая дым суспензии бетон

Классификация дисперсных систем по межчастичному взаимодействию

9

свободнодисперсные (бесструктурные) системы

частицы дисперсной фазы не связаны между собой и могут свободно передвигаться в дисперсионной среде.

связнодисперсные (структурированные) системы

частицы дисперсной фазы связаны друг с другом за счет межмолекулярных сил, образуя пространственные сетки (структуры); они не способны свободно перемещаться, а могут совершать только колебательные движения.

Классификация дисперсных систем по характеру межфазного взаимодействия

10

Лиофильные сильное межмолекулярное взаимодействие дисперсной

фазы и дисперсионной среды

термодинамически устойчивы против агрегирования частиц

характеризуются самопроизвольным диспергированием

растворы ВМС

Лиофобные слабое межмолекулярное взаимодействие дисперсной

фазы и дисперсионной среды

термодинамически неустойчивы против агрегирования частиц

коллоидные растворы

Энергетическое состояние частиц дисперсной фазы различно

11

Поверхностная энергия

12

дисперсные системы термодинамически неустойчивы

поверхностное натяжение

Способы снижения избыточной поверхностной энергии

13

1. Уменьшение S

1. Спекание твердых частиц

2. Слияние капель

3. Стремление капли принять форму шара

2. Уменьшение

1. Адсорбция

Уравнение I и II законов термодинамики для дисперсных систем

14

поверхностное натяжение (удельная

поверхностная энергия)

Работа образования единицы поверхности

раздела фаз в изотермических

условиях

15

16

Дж/м2

Н/м

Поверхностные явления в дисперсных системах

17

1 – адгезия и смачивание 2 – капиллярные явления 3 – электрические явления 4 – адсорбция 5 – изменение реакционной способности вещества при диспергировании

Адгезия и смачивание

ВИДЕО

18

Когезия и адгезия

19

Когезия - взаимодействие (сцепление) молекул, атомов, ионов внутри одной фазы (гомогенной части системы)

Работа когезии Wк определяется затратой энергии на обратимый изотермический разрыв тела по сечению, равному единице площади.

Wк = 2

Адгезия (прилипание, склеивание) – это взаимодействие между приведенными в контакт поверхностями конденсированных тел разной природы

Работа адгезии

20

уравнение Дюпре

Работа адгезии – работа, затраченная на преодоление сил сцепления между молекулами разных фаз и приводящая к появлению единицы площади поверхности с воздухом каждой из них

Растекание

21

растекание одной жидкости по поверхности другой происходит, если прилипание между двумя жидкостями больше, чем сцепление растекающейся жидкости (правило Гаркинса)

коэффициент растекания

ϕ > 0 (происходит растекание)

ϕ < 0 (растекание не наблюдается)

22

Смачивание

23

поверхностное явление, заключающееся во взаимодействии жидкости с твердым телом или другим жидким телом при одновременном контакте трех несмешивающихся фаз, одна из которых обычно является газом

Уравнение Юнга

24

Уравнение Юнга

25

Уравнения Дюпре-Юнга

26

Приближенное правило смачивания

лучше смачивает поверхность та жидкость, которая ближе по полярности к смачиваемому веществу

27

Теплота смачивания

смачивание сопровождается уменьшением поверхностной энергии и в процессе смачивания выделяется тепло

28

29

30

Флотация

31