Коллоидная химия: Рабочая программа, задание на контрольную работу

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

СЕВЕРО-ЗАПАДНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЗАОЧНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра химии и охраны окружающей среды

КОЛЛОИДНАЯ ХИМИЯ

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ЗАДАНИЕ НА КОНТРОЛЬНУЮ РАБОТУ

Факультет технологии веществ и материалов Направление и специальность подготовки дипломированного специалиста: 656600 – защита окружающей среды 330200 – инженерная защита окружающей среды (химическая промышленность) Направление подготовки бакалавра: 553500 – защита окружающей среды

Санкт-Петербург 2004

Утверждено редакционно-издательским отделом университета УДК 541.18 Коллоидная химия: Рабочая программа, задание на контрольную работу. СПб.: СЗТУ, 2004. - 52 с. Рабочая программа разработана в соответствии с государственными образовательными стандартами высшего профессионального образования по направлению подготовки дипломированного специалиста 656600 (специальность 330200 – «Инженерная защита окружающей среды (химическая промышленность)») и направлению подготовки бакалавра 553500. Рабочая программа, задания для контрольных работ по дисциплине «Коллоидная химия» предназначены для студентов 4 курса специальности 330200. В методическом комплексе представлены основные разделы курса: термодинамика поверхностных явлений, адсорбционные равновесия, кинетические свойства и методы исследования дисперсных систем, оптические свойства и методы исследования дисперсных систем, агрегативная устойчивость и коагуляция дисперсных систем, структурно-механические свойства и реологический метод исследования дисперсных систем. По всем разделам представлена развернутая рабочая программа, в соответствии с которой составлены контрольные задания. Рассмотрено на заседании кафедры химии и охраны окружающей среды 19 января 2004 г., одобрено методической комиссией факультета технологии веществ и материалов 4 января 2004 г. Рецензенты: кафедра химии и охраны окружающей среды СЗТУ (зав. каф. Г. С. Зенин, д-р техн. наук, проф.); Т. М. Буркат, канд. хим. наук, доц. кафедры физической и аналитической химии Российского государственного педагогического университета им. А. И. Герцена. Научный редактор Г. С. Зенин, д-р техн. наук, проф. Составители: Л. Р. Пальтиель, канд. хим. наук, доц. М. Н. Рябова © Северо-Западный государственный заочный технический университет, 2004

ПРЕДИСЛОВИЕ Дисциплина «Коллоидная химия» завершает общехимическое образование будующего инженера-эколога. Проблемы охраны окружающей среды, в частности, внедрение малоотходных и безотходных технологий, очистка сточных вод и промышленных выбрасов с последующей утилизацией улавливаемых отходов, комплексное использование сырья и снижение потребления ресурсов, производство которых связано с загрязнением среды, являются типичными и традиционными вопросами коллоидной химии. Коллоидная химия – это наука о поверхностных явлениях и дисперсных системах: она выполняет роль теоретических основ гетерогенных процессов, в которых главное значение имеют поверхностные, межфазные явления. Поверхностные явления сильнее всего проявляются в системах с большой межфазной поверхностью (дисперсных системах), придавая им особые объемные свойства и определяя условия протекания происходящих в этих системах процессов. Дисперсные системы являются типичными объектами коллоидной химии, что является ее главным отличием от физической химии, которая изучает однородные объемные фазы.

Все перечисленное свидетельствует о важнейшей роли коллоидной химии в нашей жизни, что в свою очередь определяет цель изучения этой науки – будующий инженер-эколог должен приобрести научно обоснованный подход в оценке и использовании поверхностных явлений, коллоидно химических процессов и дисперсных систем, встречающихся при решении самых разнообразных вопросов защиты окружающей среды. Содержание дисциплины «Коллоидная химия» связано со следующими дисциплинами, изучаемыми в рамках специальности «Инженерная защита окружающей среды»: «Промышленная экология», «Теоретические основы защиты окружающей среды».

3

1. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ 1.1. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ ПО ГОС Термодинамика поверхностных явлений; адсорбция, смачивание и капиллярные явления (адсорбция на гладких поверхностях и пористых адсорбентах, капиллярная конденсация); адгезия и смачивание; поверхностно-активные вещества; механизмы образования и строение двойного электрического слоя; электрокинетические явления; устойчивость дисперсных систем (седиментация в дисперсных системах, термодинамические и кинетические факторы агрегативной устойчивости); мицеллообразование; оптические явления в дисперсных системах; системы с жидкой и газообразной дисперсионной средой; золи, суспензии, эмульсии, пены, пасты; структурообразование в коллоидных системах. 1.2. РАБОЧАЯ ПРОГРАММА (97 часов) Введение. Содержание и задачи курса Коллоидная химия - наука о поверхностных явлениях и дисперсных системах. Определение понятий «поверхностные явления» и «дисперсные системы». Коллоидная химия как физико - химия реальных тел. Связь коллоидной химии со смежными науками. Историческая справка. Два признака объектов коллоидной химии - гетерогенность, дисперсность и их единство. Классификация поверхностных явлений. Основные поверхностные явления: адсорбция, адгезия и смачивание, капиллярность, электрические явления, возникновение новых фаз, устойчивость и коагуляция дисперсных систем, структурообразование и др. Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию дисперсной фазы и дисперсионной среды по дисперсности. Свободнодисперсные и связнодисперсные системы.

4

Роль поверхностных явлений и дисперсных систем в природе и народном хозяйстве. Значение коллоидной химии для химической технологии. Коллоидная химия и защита окружающей среды. Вопросы для самопроверки:

1. Что изучает коллоидная химия и признаки ее объектов? 2. По каким признакам классифицируют объекты коллоидной химии? Приведите примеры дисперсных систем.

3. Что является мерой геторогенности и степени раздробленности дисперсных систем?

4. Какие поверхностные явления изучает коллоидная химия? 1.2.1. Термодинамика поверхностных явлений [1], с.19…107 • Общие термодинамические параметры поверхностного слоя. Свойства поверхностей жидких и твердых тел. Два способа описания термодинамики поверхностных явлений: метод «слоя конечной толщины» и метод избыточных величин Гиббса. Поверхностная энергия в общем уравнении I и II начал термодинамики. Геометрические параметры поверхности: толщина слоя, удельная поверхность, кривизна поверхности, дисперсность. Поверхностное натяжение как мера энергии Гиббса межфазной поверхности. Поверхностное натяжение и природа жидких и твердых тел. Уравнение Гиббса-Гельмгольца для внутренней (полной) энергии поверхностного слоя. Теплота образования единицы поверхности. Зависимость от температуры энергетических параметров поверхностного слоя. Процессы самопроизвольного уменьшения поверхностной энергии. Формирование структуры поверхностного слоя. • Поверхностное натяжение и адсорбция. Определение адсорбции. Величина полной и избыточной (гиббсовской) адсорбции. Изотерма, изопикна, изобара, изостера адсорбции и дифференциальное соотношение между ними. Фундаментальное адсорбционное уравнение Гиббса (связь поверхностного натяжения с химиче5

ским потенциалом). Расчет гиббсовской адсорбции по изменению концентрации в объеме. Автоадсорбция как уплотнение вещества в поверхностном слое. Уравнение Гиббса для адсорбции из разбавленных растворов. Поверхностная активность веществ и ее характеристика. Поверхностно-активные и поверхностно-инактивные вещества. Строение молекул специфических поверхностно-активных веществ (ПАВ) и его влияние на величину поверхностной активности. Правило Траубе. Энергетические параметры адсорбции: интегральная и дифференциальная (адсорбционный потенциал) работы адсорбции, интегральное, дифференциальное изменение энтропии и энтальпии (теплоты) адсорбции. • Поверхностное натяжение и электрический потенциал. Механизм образования двойного электрического слоя. Изоэлектрическая и изоионная точки. Соотношение между электрическим потенциалом и поверхностным натяжением (уравнение Липмана). Электрический потенциал и гиббсовская адсорбция ионов. Уравнение электрокапиллярной кривой. Потенциал точки нулевого заряда. Экспериментальное исследование электрокапиллярных кривых и определение параметров ДЭС. Влияние адсорбции ПАВ и ионов на электрокапиллярную кривую. • Строение двойного электрического слоя (ДЭС). Общая характеристика строения ДЭС и история развития представлений о нем. Уравнение ПуассонаБольцмана для диффузной части ДЭС и его решение. Уравнение Гуи-Чепмена. Толщина ДЭС и влияние на нее различных факторов. Соотношение между поверхностной и объемной плотностями зарядов ДЭС. Емкость ДЭС. Основные положения теории Штерна. Учет специфической адсорбции ионов по Штерну. Перезарядка поверхности. Природа соприкасающихся фаз и строение ДЭС. Строение мицеллы. Суспензионный эффект. • Адгезия, смачивание и растекание жидкостей. Адгезия и когезия. Природа сил взаимодействия при адгезии. Уравнение Дюпре для работы адгезии. Две стадии работы адгезии. Угол смачивание (краевой угол) и закон Юнга. Связь работы адгезии с краевым углом (уравнение Дюпре-Юнга). Лиофильность и лиофобность поверхностей. Краевые углы на границе двух жидкостей с твердым телом. Оценка работы адгезии при краевом угле, равным нулю. Измерение краевого угла. Статические углы натекания и оттекания. Учет шероховатости поверхности при смачивании. Дифференциальная и интегральная теплоты смачивания. Выражение диф6

ференциальной теплоты смачивания через давление пара жидкостей. Условия растекания жидкостей. Коэффициент растекания по Гаркинсу. Эффект Марангони и скорость растекания. Механизм растекания на жидкостях и твердых телах. Изменение гидрофильности и гидрофобности поверхности с помощью ПАВ (воздействие на смачивание и растекание). Межфазное натяжение на границе между взаимно насыщенными жидкостями и правило Антонова. Значение явлений адгезии и смачивания в технике и химической технологии. Материалы на основе наполнителя и связующего. Покрытия. Склеивание. Трение и смазка. Гидрофобные материалы. Флотация. • Дисперсность и термодинамические свойства тел. Дисперсность как термодинамический параметр. Правило фаз Гиббса для дисперсных систем. Влияние кривизны поверхности на внутреннее давление тел (формула Лапласа). Поверхностная энергия и равновесные формы тел. Принцип Гиббса-Кюри. Закон Вульфа для кристаллов как следствие их анизотропных свойств. Капиллярный метод определения поверхностного натяжения. Формула Жюрена. Капиллярное давление между параллельными пластинами. Принцип ртутной порометрии. Капиллярность в природе и технике. Зависимость термодинамической реакционной способности от дисперсности. Уравнение капиллярной конденсации Кельвина. Влияние дисперсности на растворимость, константу равновесия химической реакции. Определение межфазного натяжения между твердым телом и жидкостью по изменению растворимости от величины дисперсности. Влияние дисперсности на температуру фазового перехода. Изменение поверхностного натяжения с дисперсностью. Использование изменений термодинамических свойств тел от их дисперсности в технике и химической технологии. • Энергетика диспергирования и образования новых фаз. Диспергирование и конденсация – два способа получения дисперсных систем. Диспергирование в народном хозяйстве. Методы диспергирования. Уравнение Ребиндера для работы, необходимой при дроблении и измельчении, его анализ. Прочность материалов и дефекты структуры. Адсорбционное понижение прочности тел – эффект Ребиндера. • Методы конденсации- образования новых фаз. Метастабильные состояния. Характеристики пересыщения. Гомогенная и гетерогенная конденсация. Уравне7

ние энергии Гиббса, образование зародышей при гомогенной конденсации. Критический радиус зародыша. Две основные стадии образования новой фазы. Уравнение скорости зарождения центров конденсации. Уравнение линейной скорости конденсации. Управление дисперсностью образующейся фазы. Влияние внесенных извне центров конденсации. Примеры получения дисперсных систем методами физической и химической конденсации. Значение процессов возникновения новых фаз в технике и химической технологии. Вопросы для самопроверки:

1. Что такое поверхностное натяжение и в каких единицах оно измеряется? 2. Как зависит поверхностное натяжение от природы вещества, образующего поверхность (межмолекулярного взаимодействия)?

3. Какие методы используютя для определения поверхностного натяжения жидкостей и твердых тел?

4. Как и почему зависит поверностное натяжение тел от температуры? 5. Что называется адсорбцией и как количественно ее характеризуют? 6. Напишите фундаментальное адсорбционное уравнение Гиббса и дайте определение физической адсорбции.

7. Что такое поверхностная активность? Какие вещества называются поверхностно-активными? 1.2.2. Адсорбционные равновесия [1], с. 108...183 • Взаимодействия при адсорбции. Классификация механизмов адсорбции (физическая адсорбция, хемосорбция и ионообменная адсорбция). Влияние природы поверхности на механизм адсорбции. Природа адсорбционных сил. Особенности составляющих сил Ван-дер-Ваальса (ориентационных, индукционных и дисперсионных) при адсорбции. Уравнение для потенциальной энергии взаимодействия атома (молекулы) с поверхностью тела. Потенциальные кривые адсорбции. • Адсорбция газов и паров на однородной поверхности. Условия фазового равновесия и закон Генри. Уравнение мономолекулярной адсорбции Ленгмюра и 8

его анализ. Линейная форма изотермы Ленгмюра. Константа адсорбционного равновесия. • Уравнение Фрейндлиха. Теория полимолекулярной адсорбции БЭТ (Брунауэра-Эммета-Теллера). Уравнение изотермы адсорбции БЭТ, его анализ. Линейная форма уравнения БЭТ и расчет его констант. Определение удельной поверхности методом БЭТ. Определение теплоты и энтропии адсорбции на однородной поверхности. Особенности хемосорбции. Кинетика мономолекулярной адсорбции. Активированная и неактивированная адсорбция. • Адсорбция газов и паров на пористых телах. Пористые тела - дисперсные системы с твердой дисперсионной средой. Количественные характеристики тел: пористость, размеры пор, удельная поверхность. Полная и динамическая емкость адсорбентов. Пористые материалы корпускулярной, кристаллической и губчатой структуры и методы их получения. Классификация пор по Дубинину и теории адсорбции на пористых адсорбентах. • Теория капиллярной конденсации (на адсорбентах с переходными порами). Влияние формы на капиллярную конденсацию и ход изотерм адсорбции. Капиллярно-конденсационный гистерезис. Расчет интегральной и дифференциальной кривых распределения объема пор по размерам. Влияние природы газов и паров на их адсорбцию. • Теория объемного заполнения микропор. Особенности адсорбции на микропористых адсорбентах. Молекулярно-ситовой эффект (цеолиты). Потенциальная теория Поляни. Адсорбционный потенциал. Характеристическая кривая адсорбции. Температурная инвариантность и аффинность характеристических кривых. Обобщенное уравнение теории объемного заполнения микропор Дубинина. Частные случаи этого уравнения (уравнение Дубинина-Радушкевича). Адсорбция газов и паров в промышленности, в частности в химической технологии. • Обменная молекулярная адсорбция из растворов. Особенности адсорбции из жидких растворов. Уравнение Гиббса для обменной адсорбции. Зависимость гиббсовской адсорбции от состава бинарного раствора при неограниченном смешении компонентов. Уравнение изотермы молекулярной адсорбции из растворов с кон9

стантой обмена и ее анализ. Адсорбционная азеотропия. Селективность адсорбции из растворов и влияние на нее различных факторов. Гидрофильные и гидрофобные адсорбенты. • Адсорбция поверхностно-активных веществ (ПАВ). Применимость уравнений Ленгмюра и Генри для описания адсорбции ПАВ из растворов. Зависимость поверхностного натяжения от состава раствора при соблюдении закона Генри и уравнения Ленгмюра. Уравнение Шишковского. Поверхностное давление адсорбционных пленок. Уравнения состояния газообразных поверхностных (адсорбционных) пленок. Типы поверхностных пленок и определение их характеристик. Весы Ленгмюра. Факторы, определяющие агрегатное состояние адсорбционных пленок. Определение строения адсорбционного слоя и размеров молекул ПАВ. • Ионообменная адсорбция. Природные и синтетические иониты. Принципы синтеза ионообменных смол. Классификация ионитов по основности. Полная и динамическая емкость ионитов, их определение. Константа равновесия при ионном обмене и формула Никольского. Набухаемость и селективность ионитов. Уравнение изотермы ионного обмена, ее особенность и графическое изображение. Влияние природы адсорбентов, ионов и среды на ионный обмен. • Хроматография. Основные принципы и сущность хроматографии. Газовая и жидкостная хроматография, их классификация по агрегатному состоянию неподвижной фазы, классификация жидкостной хроматографии по механизмам сорбции. Фронтальный, элюционный и вытеснительный виды разделения. Принципы устройства хроматографов. Основное уравнение равновесной хроматографии и его анализ. Хроматограмма. Основные элюционные характеристики. Объем и время удерживания. Степень разделения. Факторы, влияющие на разделение. Распределительная, осадительная хроматография. Бумажная хроматография. Применение хроматографии в промышленности и исследованиях. Вопросы для самопроверки:

1. Дайте определение понятия адсорбции. Что такое изотерма, изостера и изопикна адсорбции? 10

2. При каких условиях соблюдается при адсорбции закон Генри? 3. Объясните физический смысл величин, входящих в уравнение мономолекулярной адсорбции Лэнгмюра.

4. Как использовать в адсорбционных вычислениях характеристические кривые Поляни? Что означает аффинность характеристических кривых?

5. Как влияет степень заполнения поверхности на теплоту адсорбции и адсорбционный потенциал?

6. Чем отличается адсорбция из растворов от адсорбции газов и паров? 7. От каких факторов зависит эффективность работы хроматографических колонок? 1.2.3. Кинетические свойства и методы исследования дисперсных систем [1], с.184...284 • Седиментация и дисперсионный анализ. Аэрозоли, порошки, суспензии, лиозоли, эмульсии, пены и их классификация по дисперсности , концентрации. Закон Стокса при седиментации и условия его соблюдения. Константа седиментации. Уравнение седиментации в центробежном поле. Основы седиментационного анализа. Седиментационный анализ полидисперсных систем. Кривая седиментации. Кривые распределения частиц по радиусам. Определение удельной поверхности. Способы расчета средних значений размеров частиц и полидисперсность. Экспериментальные методы и приемы в седиментационном анализе. Использование седиментации при классификации (фракционировании) материалов по крупности, улавливанию аэрозолей (пыли, туманов) - очистка газов, осаждение суспензий и т.д. • Молекулярно-кинетические свойства золей. Броуновское движение и его молекулярно-кинетическая природа. Научно-филосовское значение исследований броуновского движения. Средняя кинетическая энергия и скорость движения частиц. Средний сдвиг как характеристика интенсивности броуновского движения частиц. Соотношение между средним сдвигом и коэффициентом диффузии (закон Эйнштейна - Смолуховского). Экспериментальная проверка закона Эйнштейна 11

Смолуховского. Следствия из теории броуновского движения. Применимость уравнений молекулярно-кинетической теории (Менделеева - Клапейрона, Вант Гоффа и др.) к ультрамикрогетерогенным системам. Использование осмотических свойств дисперсных систем для определения концентраций и размеров частиц. Мембранные равновесия. Уравнения Доннана. Диффузионно-седиментационное равновесие в золях, гипсометрический закон. Кинетическая и термодинамическая седиментационная устойчивость. • Электрокинетические явления. Четыре вида электрокинетических явлений и история их открытия. Электрокинетический потенциал и влияние на него различных факторов. Уравнение Гельмгольца - Смолуховского для электроосмоса и электрофореза. Поверхностная проводимость, релаксационный эффект и электрофоретическое торможение. Экспериментальное определение электрокинетического потенциала. Потенциал течения и потенциал седиментации. Особенности электрических свойств аэрозолей. Практическое использование электрокинетических явлений: нанесение покрытий, разделение дисперсий, улавливание аэрозолей в электрофильтрах, осушка объектов и т.д. • Явления переноса в пористых телах. Мембранные методы разделения смесей. Течение жидкостей в пористых телах. Применение закона Стокса и уравнения Гагена - Пуазейля для пористых тел. Учет пористости и коэффициента извилистости. Закон Дарси и коэффициент проницаемости. Определение размеров пор методом фильтрации. Перенос газов и компонентов растворов в пористых телах. Гидродинамический и диффузионный механизмы переноса газов в пористых телах. Кнудсеновский поток газов. Активированная и поверхностная диффузия в пористых телах. Эквивалентный (эффективный) коэффициент диффузии. • Мембранные методы разделения смесей. Классификация мембран и мембранных методов. Принципы синтеза мембран. Метод разделения газовой диффузией. Диализ. Уравнение для потоков при диализе с нейтральной и ионообменной мембранами. Электродиализ. Материальный баланс в электродных пространствах, разделенных нейтральной и ионообменной мембранами. Фильтрация. Ультрафильтрация. Обратный осмос. Влияние давления на проницаемость и селектив12

ность. Концентрационная поляризация. Применение мембранных методов разделения. Вопросы для самопроверки:

1. Что обусловлено броуновское движение частиц дисперсных систем? 2. Как можно определить размеры дисперсных частиц или концентрацию их в лиозолях по осмотическому давлению?

3. Каковы условия соблюдения закона Стокса при седиментации? 4. Каковы возможные причины возникновения двойного электрического слоя на межфазной поверхности?

5. Чем определяется толщина плотной и диффузной части двойного электрического слоя?

6. Перечислите электрокинетические явления и объясните, чем они обусловлены. 7. Что называют электрокинетическим потенциалом? Какие факторы на него влияют? 1.2.4 Оптические свойства и методы исследования дисперсных систем [1], с.245...269 • Явления, происходящие при направлении света на дисперсную систему. Светопоглощение и светорассеяние. Определение состава и структуры поверхностных слоев. Эффект Тиндаля. Использование оптических свойств для определения дисперсности и удельной поверхности системы. • Уравнение Релея для светорассеяния и его анализ. Индикатриса светорассеяния. Нефелометрия как метод определения концентрации и дисперсности в коллоидных системах. Влияние анизометрии и ориентации частиц. Двойное лучепреломление в дисперсных системах. Определение формы частиц. Оптическая плотность окрашенных систем и уравнение Ламберта - Бугера -Бэра. Влияние дисперсности на окраску систем. Турбидиметрия - метод определения концентрации и дисперсности по фиктивному светопоглощению. Влияние дисперсности на рассеяние света. Определение дисперсности золей по уравнению Геллера. Опреде13

ление молекулярных масс ВМС и мицеллярных масс ПАВ по методу Дебая. Метод малоуглового рассеяния рентгеновского излучения. • Ультрамикроскопия и ее возможности. Конденсоры темного поля. Определение концентрации золей и размеров частиц. Поточный ультрамикроскоп. Световая и электронная микроскопия как методы исследования размеров и форм частиц. Вопросы для самопроверки:

1. Какие оптические явления наблюдаются при падении луча света на дисперсную систему?

2. Какие оптические методы используются для определения размеров частиц дисперсных систем?

3. Чем обусловлено светорассеяние в дисперсных системах и истиных растворах? 4. В чем заключаются основные характеристики методов электронной микроскопии, ультромикроскопии, нефелометрии и турбидиметрии? 1.2.5. Агрегативная устойчивость и коагуляция дисперсных систем [1], с.270...354 • Общие вопросы устойчивости дисперсных систем. Седиментационная и агрегативная устойчивости дисперсных систем. Лиофильные и лиофобные дисперсные системы: самопроизвольное образование одних и необходимость стабилизации других. Процессы в дисперсных системах, обусловленные агрегативной неустойчивостью. Коагуляция как результат потери агрегативной устойчивости. Два варианта завершения коагуляции: разделение фаз и структурообразование. Понятие о расклинивающем давлении и его составляющих. Термодинамические и кинетические факторы устойчивости дисперсных систем. Изотермическая перегонка в дисперсных системах и факторы, ее определяющие. • Кинетика коагуляции лиофобных дисперсных систем. Кинетика коагуляции по Смолуховскому. Эффективность соударений между частицами и потенциальный барьер. Константа скорости коагуляции. Зависимость общего числа частиц от времени коагуляции. Время половинной коагуляции. Зависимость числа частиц разного порядка от времени. Быстрая (диффузионная) и медленная (барьерная) 14

коагуляции. Влияние вязкости, температуры среды и концентрации частиц на агрегативную устойчивость. Коэффициент стабильности (фактор устойчивости). • Методы стабилизации дисперсных систем. Сольватация, образование адсорбционных слоев ПАВ и ДЭС - факторы снижения поверхностного натяжения и повышения потенциального барьера. Критерий лиофильности систем по Ребиндеру. Термодинамически устойчивые системы к коагуляции и самопроизвольно образующиеся дисперсные системы высокомолекулярных соединений (ВМС) и поверхностно-активных веществ (ПАВ). Выбор метода стабилизации лиофобных дисперсных систем в зависимости от природы компонентов дисперсной фазы. • Растворы ПАВ и ВМС как лиофильные дисперсные системы. Классификация и общая характеристика поверхностно-активных веществ. Ионогенные и неионогенные коллоидные ПАВ. Самопроизвольное мицеллообразование в растворах ПАВ. Концентрационные и температурные границы мицеллообразования. Строение и форма мицелл при разных концентрациях и средах. Критическая концентрация мицеллообразования и методы ее определения. Основные факторы, влияющие на ККМ. Солюбилизация. Гидрофильно - липофильный баланс (ГЛБ). Механизм моющего действия ПАВ. Применение коллоидных ПАВ в промышленности. • Природные и синтетические ВМС. Строение макромолекул и их свойства. Гибкость линейных полимеров и их наиболее вероятная форма в растворах. Растворы полимеров как коллоидные системы. Механизм растворения (самопроизвольного диспергирования) ВМС. Набухание как осмотический процесс. Степень и давление набухания. Теплота и энтропия набухания. Термодинамика растворения ВМС. Особенности термодинамических свойств растворов полимеров. Влияние природы ВМС и растворителя на состояние макромолекул в растворе. Ассоциаты макромолекул. Дисперсии ВМС. Применение растворов и дисперсий ВМС. • Основы теории устойчивости и коагуляции ДЛФО (Дерягина, Ландау, Фервея, Овербека). Значение теории ДЛФО для получения, разрушения дисперсных систем и структурообразования в них. Электростатическая составляющая расклинивающего давления. Уравнение для расклинивающего давления и энергия элек15

тростатического подталкивания при взаимодействии слабозаряженных поверхностей. Уравнение для энергии притяжения между частицами (пластинами). Постоянная Гамакера. Общее уравнение для энергии взаимодействия дисперсных частиц. Потенциальные кривые парного взаимодействия ионостабилизированных дисперсных систем и их анализ. Потенциальный барьер и его зависимость от толщины диффузного слоя. Коагуляция в первичном и вторичном минимумах. Электролитная коагуляция. Нейтрализационная и концентрационная коагуляции. Порог коагуляции. Пептизация коагулятов. Зависимости порога коагуляции от заряда ионов электролита в соответствии с теорией ДЛФО. Правило Шульце - Гарди. Соотношение Эйлерса - Корфа. Влияние факторов, не учитываемых теорией ДЛФО. Неионные составляющие расклинивающего давления: адсорбционно - сольватная и энтропийная. • Стабилизация и разрушение дисперсных систем с различным агрегатным состоянием фаз. Особенности стабилизации и коагуляции дисперсных систем с различным агрегатным состоянием дисперсионных сред. Стабилизация суспензий в водных и органических средах. Осаждение, фильтрация суспензий и использование коагулянтов, флокулянтов и ПАВ. Гетерокоагуляция. Стабилизация эмульсий ПАВ, ВМС и порошками. Разрушение эмульсий . Деэмульгаторы. Стабилизация и разрушение пен. Кратность пен. Интенсификация процессов, протекающих в пенообразных системах. Факторы стабилизации аэрозолей. Физические основы улавливания аэрозолей на фильтрах и электрофильтрах. Склонность порошков к коагуляции (комкованию). Физико-химичесих основы переработки порошков. Системы с твердой дисперсионной средой. Получение газонаполненных материалов. Пенопласты, пенобетоны, пеностекло. Наполненные полимеры. Резины и пигментированные лаковые покрытия. Различные строительные материалы. Материалы порошковой металлургии. Металлические сплавы. Вопросы для самопроверки:

1. По какому признаку дисперсные системы делят на лиофобные и лиофильные? 2. Как происходит формирование частиц дисперсной фазы в лиофильных системах? 16

3. Какое явление называют солюбилизацией и чем оно обусловлено? 4. Каковы особенности растворения полимеров? Какой процесс называют набуханием?

5. Чем обусловлена агрегативная неустойчивость лиофобных дисперсных систем?

6. Какой процеес называют коагуляцией? Какими способами можно вызвать коагуляцию лиофобной дисперсной ситемы?

7. Что называют быстрой и медленной коагуляцией? Чем отличаются константы скорости быстрой и медленной коагуляцией?

1.2.6 Структурно-механические свойства и реологический метод исследования дисперсных систем [1], с.355...394 • Реология как метод исследования структуры дисперсных систем. Структурообразование как частный случай коагуляции. Основные реологические свойства (упругость, пластичность, вязкость и прочность). Напряжение и деформация. Идеальные реологические элементы (Гука, Сен - Венана - Кулона, Ньютона). Принципы моделирования реологических свойств тел. Модель упругопластичного тела. Модель упруговязкого тела Максвелла. Время релаксации напряжения и свойства тел. Модель вязкоупругого тела Кельвина - Фойгта. Время релаксации деформации. Упругое последействие и эластичность. Модель вязкопластического тела Бингама. Пластическая вязкость. Два метода изучения деформационных свойств структурированных систем: при постоянной (нагрузка-разгрузка) и переменной (нагрузка-деформация) нагрузках. Приборы для изучения деформационнопрочностных свойств тел. • Классификация дисперсных систем по структурно - механическим свойствам. Возникновение объемных структур в различных дисперсных системах. Структурообразование по теории ДЛФО. Коагуляционно-тиксотропные и конденсационно-кристаллизационные структуры. Переход одних структур в другие. Теория структурообразования (физико-химическая механика) - основа получения ма17

териалов с заданными свойствами. Классификация систем по реологическим свойствам. Жидкообразные и твердообразные тела. Уравнение Оствальда-Вейля. Ньютоновские и неньютоновские жидкости. Псевдопластические и дилатантные жидкообразные тела. Бингамовские и небингамовские твердообразные тела. Тиксотропия и реопексия. • Реологические свойства жидкообразных и твердообразных структур. Вязкость жидких агрегативно устойчивых дисперсных систем. Уравнение Эйнштейна. Уравнения Штаудингера, Марка - Куна - Хаувинка и Хаггинса для растворов полимеров. Периодические коллоидные структуры. Реологические свойства структурированных жидкообразных систем. Влияние на реологические свойства систем степени агрегативной устойчивости, концентрации дисперсной фазы, анизометрии частиц. Типичные кривые течения структурированных жидкообразных систем. Ползучесть. Характеристики прочности структуры. Кривые течения твердообразных дисперсных систем и их анализ. Хрупкость. Гели, студни. Синерезис. • Элементы управления структурно-механическими свойствами материалов. Структурообразование в дисперсных системах и получение материалов с заданными свойствами. Факторы, определяющие прочность структур и механизм структурообразования. Влияние дисперсности, полидисперсности и формы частиц на структуру и свойства материала. Роль прослоек среды между частицами. Прочность коагуляционного и конденсационного контактов. Точечные и фазовые контакты. Образование структур в некоторых твердых телах : металлах и сплавах, керамике и бетонах, полимерах. Роль легирования, пластификации, применения катализаторов, кристаллизации. Композиционные материалы. Вопросы для самопроверки:

1. Каковы причины возникновения структур в дисперсных системах? 2. Как классифицируют дисперсные системы по им реологическим свойствам? 3. Что представляют собой явления тиксотропии и реопексии? 4. Что называют относительной, удельной и характеристической вязкостью? 5. Объясните принцип действия капиллярного вискозиметра. 18

1.3. ОБЪЕМЫ АУДИТОРНОЙ РАБОТЫ И ВИДЫ КОНТРОЛЯ Форма обучения Очно-заочная Заочная

Лекции 16 12

Лабораторные работы 14 12

19

Контрольные работы 1 1

Экзамен 1 1

1.4. ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН ЛЕКЦИЙ ДЛЯ СТУДЕНТОВ ОЧНО-ЗАОЧНОЙ ФОРМЫ ОБУЧЕНИЯ (16 ЧАСОВ) Темы лекций

Объем, часов

1. Определение предмета коллоидной химии. Классификация поверхностных явлений и дисперсных систем. Общие термодинамические параметры поверхностного слоя. Адсорбция и поверхностное натяжение. Адгезия, смачивание и растекание жидкостей. Дисперсность и термодинамические свойства тел.

4

2. Адсорбция газов и паров на однородной поверхности. Мономолекулярная адсорбция Ленгмюра. Теория полимолекулярной адсорбции БЭТ. Адсорбция газов и паров на пористых телах. Теория капиллярной конденсации. Теория объемного заполнения микропор. Обменная молекулярная адсорбция из растворов. Ионообменная адсорбция. Поверхностно-активные вещества и состояние поверхностных пленок.

4

3. Образование и строение двойного электрического слоя. Строение мицеллы. Электрокинетические явления. Седиментация и седиментационный анализ дисперсности. Молекулярно-кинетические свойства свободнодисперсных систем. Оптические свойства и методы исследования дисперсных систем.

4

4. Агрегативная устойчивость и коагуляция дисперсных систем. Растворы коллоидных поверхностно-активных веществ. Образование и свойства растворов высокомолекулярных соединений. Теория устойчивости и коагуляции лиофобных дисперсных систем. Структурно-механические свойства дисперсных систем.

4

20

1.5. ПЕРЕЧЕHЬ ЛАБОРАТОРHЫХ РАБОТ (14 часов) Темы лабораторных работ

Описание деятельности студента

1. Изучение адсорбции поверхностноактивных веществ (ПАВ) на границе раствор-газ 2. Исследование адсорбции уксусной кислоты из раствора на угле 3. Определени знака заряда коллоидных частиц с помощью электрофореза 4. Определение порога коагуляции золей различными электролитами. Проверка правила Шульце-Гарди

Опрос по теме работы; выполнение экспериментов по заданию преподавателя; составление отчета; защита отчета

Объем, часов

4 4 4

2

2. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК Основной

1. Фролов Ю. Г. Курс коллоидной химии (поверхностные явления и дисперсные системы).- М.: Химия, 1982. Дополнительный

2. Воюцкий С. С. Курс коллоидной химии. - М.: Химия, 1975. 3. Фридрихсберг Д. А. Курс коллоидной химии. - СПб.: Химия, 1995. 4. Практикум по коллоидной химии. /Под ред. И. С. Лаврова. - М.: Высшая школа, 1983.

5. Щукин Е. Д., Перцев А. В., Амелина Е. А. Коллоидная химия. - М.: Изд-во МГУ, 1982.

6. Адамсон А. Физическая химия поверхностей. - М.: Химия, 1979. 7. Капиллярная химия /Под редакцией К. Тамару. - М.: Мир, 1983. 8. Айвазов Б. В. Практикум по химии поверхностных явлений и адсорбции. - М.: Высшая школа, 1973.

21

3. ЗАДАНИЕ НА КОНТРОЛЬНУЮ РАБОТУ Общие положения По курсу «Коллоидная химия» студент выполняет одну контрольную работу, которая должна быть проверена и зачтена до сдачи экзамена. Контрольная работа состоит из 10 теоретических вопросов и 10 практических задач для каждого варианта. Номера вопросов и задач выбираются в соответствии с последней цифрой шифра (номера зачетной книжки) студента. Например, если шифр заканчивается цифрой «4», то студент должен ответить на все теоретические вопросы и решить все задачи, заканчивающиеся цифрой «4». При выполнении задания должны быть даны пояснения к выбранному способу решения задачи и указаны размерности величин. Графики должны быть вычерчены на миллиметровой бумаге, причем необходимо соблюдать следующие требования: размер графика должен составлять не менее половины листа тетради; на осях координат через равные интервалы необходимо отметить масштабные единицы; точки должны быть четко нанесены на график в соответствии с выбранным масштабом; нанесенные точки необходимо соединить плавной кривой таким образом, чтобы большинство из них попало на кривую или было бы в одинаковой мере отдалено по обе стороны от кривой; при графическом дифференцировании следует брать отношение фактических размеров отрезков, отсекаемых на осях координат. При составлении таблиц необходимо руководствоваться следующими правилами: каждый столбец таблицы должен иметь заголовок, указывающий название и размерность величин; при отсутствии численного значения данной величины в таблице делается прочерк, при равенстве данной величины нулю - ставится 0; если в заголовке столбца стоит какой-либо числовой коэффициент, например 105, то это означает, что во всех строках столбца приводятся величины, умноженные на 105. Тогда для нахождения истинных значений величины все приводимые в столбце цифры должны быть поделены на 105 (или умножены на 10-5).

22

При ответах на теоретические вопросы, в качестве пояснения, могут использоваться соответствующие рисунки и графики. Приводимый ответ должен непосредственно отвечать на поставленный вопрос и быть, по возможности, кратким. КОНТРОЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ 3.1 Теоретическое часть

1. Что такое поверхностное натяжение и как зависит оно от природы веществ, образующих поверхность раздела?

2. Расскажите о методах, используемых для определения поверхностного натяжения жидкостей и твердых тел.

3. Как и почему зависит поверхностное натяжение тел от температуры? 4. Каким образом можно рассчитать полную поверхностную энергию? Какие данные необходимы для такого расчета?

5. Выявите зависимость энергетических параметров поверхности от температуры.

6. Что называется адсорбцией и как количественно ее характеризуют? 7. Приведите фундаментальное адсорбционное уравнение Гиббса и дайте определение избыточной адсорбции. Как взаимосвязаны избыточная (Г) и абсолютная адсорбция (А)?

8. Что такое поверхностная активность? Какими свойствами обладают поверхностно-активные вещества?

9. Адгезия и смачивание. Параметры, используемые для их количественной характеристики.

10. Выявите влияние межмолекулярных взаимодействий в конденсированных фазах на смачивание и адгезию.

11. Способы модифицирования поверхности с целью изменения ее смачиваемости. Гидрофильные и гидрофобные поверхности.

23

12. Интегральная и дифференциальная теплоты смачивания. Методы их определения.

13. Как влияет кривизна поверхности и природа жидкости на ее внутреннее давление? Проанализируйте причины поднятия или опускания жидкостей в капиллярах.

14. Взаимосвязь дисперсности вещества и его реакционной способности; влияние дисперсности на давление пара, растворимость, константу равновесия химических реакций.

15. Почему в капиллярах конденсация пара может происходить при более низких давлениях, чем на плоских поверхностях? Следствия этого явления.

16. Взаимосвязь электрического потенциала поверхности и поверхностного натяжения.

17. Электрический потенциал и гиббсовская адсорбция ионов. Уравнение электрокапиллярной кривой и потенциал точки нулевого заряда.

18. Взаимосвязь поверхностной энергии и равновесной формы тела. Почему при невесомости капли жидкости имеют сферическую форму?

19. В чем отличие гомогенного и гетерогенного зародышеобразования? Термодинамические условия образования новой фазы.

20. Обоснуйте возможность управления степенью дисперсности системы при регулировании скорости образования зародышей и их роста.

21. За счет каких сил осуществляется адсорбционное взаимодействие? В чем отличие физической адсорбции и хемосорбции?

22. Что такое активированная адсорбция? Происхождение названия. 23. Условия соблюдения закона Генри при адсорбции. Каков физический смысл константы Генри?

24. Физический смысл величин, входящих в уравнение Лэнгмюра. Условия применимости этого уравнения.

25. Проясните связь, существующую между уравнениями Гиббса и Лэнгмюра.

24

26. Как определить константы уравнения Лэнгмюра? Какие термодинамические и геометрические характеристики можно рассчитать, зная эти константы?

27. Объясните физический смысл констант уравнения БЭТ. При каких условиях это уравнение выполняется?

28. Определение удельной поверхности адсорбентов методом БЭТ. Условия проведения измерений.

29. Выявите зависимость термодинамических функций адсорбции (энергии Гиббса, энтальпии, энтропии) от степени заполнения поверхности.

30. Применительно к каким адсорбентам адсорбция описывается теорией капиллярной конденсации. Основные положения этой теории.

31. На какой теории основан расчет распределения пор по размерам для мезопористых адсорбентов? Назначение кривых распределения.

32. Каковы основные положения теории, используемой для описания адсорбции на микропористых адсорбентах? Как рассчитать общий объем пор у микропористого адсорбента?

33. Как влияет степень заполнения поверхности на теплоту адсорбции адсорбционный потенциал?

34. Основные методики адсорбционных измерений. Сравните их чувствительности. Метод молекулярных щупов.

35. Чем отличается адсорбция из растворов от адсорбции газов и паров? Изотерма обменной молекулярной адсорбции из раствора.

36. Особенности адсорбции поверхностно-активных веществ. Уравнения состояния поверхностных пленок.

37. Покажите взаимосвязь между константой адсорбции Генри и поверхностной активностью.

38. Что называют полной и динамической обменной емкостью ионита? 39. Рассмотрите процесс обессоливания воды с помощью катионитов и анионитов на примере удаления солей MgSO4 и Ca(HCO3)2.

40. Укажите физико-химические принципы хроматографического разделения. Как связана форма хроматографического пика с видом изотермы адсорбции. 25

41. Чем обусловлено броуновское движение частиц дисперсных систем? Для каких систем оно характерно? Приведите примеры.

42. Единство природы броуновского и молекулярно-кинетического движения, как отправная точка закона Эйнштейна - Смолуховского.

43. Приведите экспериментальные доказательства закона Эйнштейна Смолуховского.

44. Опишите методику определения размеров дисперсных частиц или их концентрации в лиозолях по осмотическому давлению.

45. Методы дисперсионного анализа. Границы использования гравитационного и центробежного поля в седиментационном анализе.

46. Гипсометрический закон. Связь между гипеометрической высотой и седиментационной устойчивостью.

47. Раскройте физический смысл величин, входящих в уравнение Стокса для скорости седиментации в гравитационном поле. Каковы условия соблюдения закона Стокса при седиментации?

48. Седиментация частиц под действием силы тяжести. Константа седиментации, влияние на нее свойств среды.

49. Монодисперсные и полидисперсные системы. Что служит характеристикой полидисперсности системы?

50. Интегральная и дифференциальная кривые седиментации для полидисперсной системы.

51. Для каких систем применяется седиментационный анализ в центробежном поле? Расчет размеров частиц в этом случае.

52. Кинетическая и термодинамическая седиментационная устойчивость системы.

Определение

размеров

частиц

в

условиях

диффузионно-

седиментационного равновесия.

53. Причины возникновения двойного электрического слоя на межфазной поверхности. Механизмы его образования в различных дисперсных системах.

54. Строение двойного электрического слоя. Как изменяется потенциал с расстоянием от поверхности? 26

55. Какова взаимосвязь представлений о двойном электрическом слое и электродном потенциале?

56. В чем отличие потенциала плотной части двойного электрического слоя и электрокинетического потенциала?

57. Что называют электрокинетическим потенциалом? Влияние на него различных факторов.

58. Электрокинетические явления. Чем они обусловлены? Поясните сущность протекающих процессов.

59. В чем отличия электрофоретического и гальванического способа нанесения покрытий?

60. Релаксационный эффект, электрофоретическое торможение и поверхностная проводимость. Учет этих явлений при расчете электрокинетического потенциала.

61. Оптические явления, наблюдаемые при падении луча света на оптическую систему. Что такое оптическая плотность?

62. Оптические методы, используемые для определения размеров частиц дисперсной фазы. Границы применимости этих методов.

63. Рассеяние и поглощение света коллоидными системами. Основные закономерности обоих процессов.

64. Какие оптические приборы основаны на явлении светопоглощения? Сущность их принципа действия.

65. Явление опалесценции. Уравнение Рэлея и его анализ. 66. В чем отличие светорассеяния в дисперсных системах и истинных растворах? Параметры характеризующие рассеяние света в системе.

67. Что такое «белые» золи? Как рассчитать размеры частиц для «белых» золей по Геллеру?

68. Какие оптические методы определения концентрации и дисперсности золей основаны на явлении светорассеяния?

69. Преимущества и недостатки электронной микроскопии. В чем причина высокой разрешающей способности этого метода? 27

70. Факторы, влияющие на окраску коллоидных растворов. Анализ уравнения Бугера - Ламберта - Бера для коллоидов.

71. По какому признаку дисперсные системы делят на лиофобные и лиофильные? Объяснить самопроизвольное возрастание межфазной поверхности при образовании лиофильных дисперсных систем.

72. Приведите примеры лиофильных дисперсных систем. Как происходит формирование частиц дисперсной фазы в лиофильных системах?

73. Классификация поверхностно-активных веществ. В чем отличие коллоидных ПАВ от истинно растворимых?

74. Что называют критической концентрацией мицеллообразования? Методы определения ККМ?

75. Каким образом по температурной зависимости ККМ можно рассчитать термодинамические функции состояния процесса мицеллообразования?

76. Ориентация молекул ПАВ в мицеллах, образующихся в полярных и неполярных средах. Влияние на ККМ природы полярной группы молекул ПАВ.

77. В чем проявляется взаимосвязь поверхностных и объемных свойств растворов коллоидных ПАВ?

78. Что называют солюбилизацией? Чем это явление обусловлено и его практическое значение?

79. Особенности растворения полимеров, набухание. Что такое степень набухания и как она определяется?

80. Анализ факторов, обеспечивающих агрегативную устойчивость дисперсных систем при стабилизации их полимерами.

81. Методы получения лиофобных дисперсных систем, Чем обусловлена агрегативная неустойчивость этих систем?

82. Чем отличаются процессы гомогенной и гетерогенной конденсации? Как можно регулировать размеры частиц лиофобных дисперсных систем, получаемых методом конденсации?

83. Что называют коагуляцией? Методы, вызывающие коагуляцию лиофобных дисперсных систем. 28

84. Быстрая и медленная коагуляция. Взаимосвязь между скоростью коагуляции и видом потенциальной кривой взаимодействия частиц.

85. В чем различие между нейтрализационной и концентрационной коагуляцией лиофобных золей электролитами?

86. Факторы, обеспечивающие агрегативную устойчивость лиофобных дисперсных систем.

87. Расклинивающее давление, как отправная точка теории устойчивости ДЛФО.

88. В чем заключается сходство и различие суспензий и лиозолей? 89. В чем заключается сходство и различие в стабилизации эмульсий и пен?

90. Сравните свойства лиофобных коллоидных систем и растворов высокомолекулярных соединений. В чем принципиальное отличие между ними?

91. Каковы причины возникновения структур в дисперсных системах? 92. Покажите взаимосвязь между временем релаксации напряжения и агрегатным состоянием тела.

93. Приведите примеры реальных структур коагуляционного и конденсационно-кристаллизационного типов.

94. Принцип работы капиллярного вискозиметра. Для каких систем он может быть использован?

95. Чем обусловлены и для каких структурированных систем характерны явления тиксотропии и реопексии?

96. Как осуществляется переход от коагуляционных структур к конденсационно-кристаллизационным и наоборот? Какие факторы могут вызвать эти переходы?

97. Какие факторы влияют на вязкость растворов полимеров? 98. В чем отличие относительной, удельной и характеристической вязкости? Как их определяют?

99. Каким образом размеры частиц и взаимодействие между ними влияет на структурно-механические свойства дисперсных систем? 29

100. С помощью каких веществ можно добиться понижения твердости материалов? Приведите примеры практического использования этого эффекта. 3.2 Практическое часть

1. Определите энергию Гиббса (Gs) поверхности капель водяного тумана массой 4г при 293 К, если поверхностное натяжение воды 72,7 мДж/м2, плотность воды 0,998 г/см3, дисперсность частиц 50 мкм-1.

2. Определите энергию Гиббса (Gs) поверхности 5 г тумана воды, если поверхностное натяжение капель жидкости составляет 71,96 мДж/м2, плотность воды 0,997 г/см3, дисперсность частиц 60 мкм-1.

3. Аэрозоль ртути сконденсировался в виде большой капли объемом 3,5 см3. Определите, как изменилась поверхностная энергия ртути, если поверхностное натяжение ртути равно 0,475 Дж/м2, дисперсность аэрозоля составляла 10 мкм1

.

4. 5 см3 воды превратили в аэрозоль, дисперсность которого составила 40 мкм-1, поверхностное натяжение воды 72,0 мДж/м2. Определите изменение поверхностной энергии воды в результате диспергирования.

5. Рассчитайте полную поверхностную энергию 5 г эмульсии бензола в воде с концентрацией 75% (масс.) и дисперсностью 2 мкм-1 при 313 К. Плотность бензола при этой температуре 0,858 г/см3, поверхностное натяжение 32,0 мДж/м2, температурный коэффициент поверхностного натяжения бензола (dσ/dT) равен 0,13 мДж/м2 . К.

6. Рассчитайте полную поверхностную энергию 5 г эмульсии бензола в воде с концентрацией 55% (масс.) и дисперсностью 3 мкм-1 при 313 К. Плотность бензола при этой температуре 0,858 г/см3, поверхностное натяжение 26,13 мДж/м2, 30

температурный коэффициент поверхностного натяжения бензола (dσ/dT) равен 0,13 мДж/м2 . К.

7. Рассчитайте давление насыщенных паров над каплями воды с дисперсностью 0,1 нм-1 при 293 К. Давление паров воды над плоской поверхностью при этой температуре равно 2338 Па, плотность воды 0,998 г/см3, поверхностное натяжение воды 72,7 мДж/м2.

8. Рассчитайте давление насыщенных паров над каплями воды с дисперсностью 40 мкм-1 при 298 К. Давление паров воды над плоской поверхностью при этой температуре равно 2370 Па, плотность воды 0,996 г/см3, поверхностное натяжение воды 71,9 мДж/м2.

9. Во влажном воздухе образуется туман при температуре 270,8 К (коэффициент пересыщения γ = р/рs = 4,21). Рассчитайте критический размер ядер конденсации и число молекул, содержащихся в них. Поверхностное натяжение воды составляет 74 мДж/м2, мольный объем воды Vm равен 18 ⋅ 10-6 м3/моль.

10. Образование измороси наблюдается во влажном воздухе при температуре 273 К и коэффициенте пересыщения γ = р/рs = 4,37. Рассчитайте минимальный размер капель при конденсации и число молекул их составляющих. Поверхностное натяжение воды составляет 73,8 мДж/м2, мольный объем воды

Vm ра-

вен 18 ⋅ 10-6 м3/моль. 11. При изучении адсорбции брома углем из воды были получены следующие данные: С, моль/л

0,00259

0,00669

0,01708

0,02975

А, ммоль/г

3,10

4,27

5,44

6,8

31

Определите емкость монослоя и константу адсорбционного равновесия в уравнении Лэнгмюра графическим методом. 12. На основании опытных данных графическим методом рассчитайте емкость монослоя и константу адсорбционного равновесия в уравнении Лэнгмюра при адсорбции муравьиной кислоты из водного раствора углем. С, моль/л

0,002

0,005

0,014

0,055

А, ммоль/г

0,124

0,186

0,238

0,267

13. Определите предельную мономолекулярную адсорбцию и константу адсорбционного равновесия для раствора гептилового спирта по изменению адсорбции с концентрацией (для графического расчета использовать уравнение мономолекулярной адсорбции Лэнгмюра). С ⋅ 103, кмоль/м3

0,384

0,50

0,655

1,25

2,60

А ⋅ 1010, кмоль/м2

11,1

14,5

18,2

27,8

49,2

14. Определите емкость монослоя и константу адсорбционного равновесия для раствора гексилового спирта по данной зависимости адсорбции от концентрации (для графического расчета использовать уравнение мономолекулярной адсорбции Лэнгмюра). С⋅103, кмоль/м3

0,935

1,875

3,10

5,55

11,05

А⋅1010, кмоль/м2

8,75

17,35

25,1

37,8

56,5

15. Используя уравнение БЭТ, рассчитайте удельную поверхность адсорбента по данным адсорбции азота. Площадь, занимаемая одной молекулой азота в мономолекулярном слое, - 0,16 нм2. р / рs

0,078

0,149

0,217

32

0,279

0,348

А, моль/кг

0,367

0,417

0,467

0,512

0,567

16. Используя уравнение БЭТ, рассчитайте удельную поверхность адсорбента по данным адсорбции азота. Площадь, занимаемая одной молекулой азота в мономолекулярном слое, - 0,16 нм2. р / рs

0,0288

0,050

0,110

0,136

0,175

0,200

А, моль/кг

2,16

2,39

2,86

3,02

3,22

3,33

17. Используя уравнение БЭТ, рассчитайте удельную поверхность адсорбента по изотерме адсорбции бензола. “Посадочная площадка” молекулы бензола равна 0,49 нм2. р / рs

0,02

0,05

0,11

А, моль/кг

0,104

0,196

0,298

0,19 0,387

0,25

0,30

0,36

0,443

0,488

0,550

18. Используя уравнение БЭТ, рассчитайте удельную поверхность адсорбента по изотерме адсорбции бензола. “Посадочная площадка” молекулы бензола равна 0,49 нм2. р / рs

0,03

0,07

0,12

0,17

0,24

0,31

0,38

А, моль/кг

0,196

0,301

0,373

0,423

0,488

0,520

0,625

19. Используя уравнение БЭТ, рассчитайте удельную поверхность адсорбента по изотерме адсорбции бензола. “Посадочная площадка” молекулы бензола равна 0,49 нм2. р / рs

0,05

0,12

0,19

0,26

0,34

0,44

0,50

А, моль/кг

0,31

0,593

0,795

0,99

1,21

1,525

1,77

33

20. Используя уравнение БЭТ, рассчитайте удельную поверхность адсорбента по изотерме адсорбции бензола. “Посадочная площадка” молекулы бензола равна 0,49 нм2. р / рs

0,04

0,08

0,16

0,22

0,27

0,36

0,46

А, моль/кг

0,348

0,483

0,624

0,724

0,805

0,928

1,13

21. Постройте изотерму адсорбции-десорбции, пользуясь экспериментальными данными капиллярной конденсации паров воды в порах активного угля при 293 К.

р ⋅ 10-2, Па

5,32

10,0

11,3

12,5

14,7

17,3

20,0

23,3

А, моль/кг адс.

0,5

2,3

4,0

5,0

10,0

16,0

20,0

28,5

А, моль/кг дес.

0,5

2,5

5,0

7,5

15,0

23,0

27,6

28,5

Рассчитайте и постройте интегральную кривую распределения объема пор по размерам. Молярный объем воды 18см3/моль; давление ее насыщенных паров 2338 Па; поверхностное натяжение 71,96 мДж/м2. 22. Постройте изотерму адсорбции-десорбции, пользуясь экспериментальными данными капиллярной конденсации паров воды в порах активного угля при 293 К. р ⋅ 10-2, Па

4,65

9,3

14,0

18,7

20,9

23,3

А, моль/кг адс.

0,5

1,5

3,5

20,0

24,0

28,5

А, моль/кг дес.

0,5

1,5

13,0

27,0

28,0

28,5

34

Рассчитайте и постройте интегральную кривую распределения объема пор по размерам. Молярный объем воды 18см3/моль; давление ее насыщенных паров 2338 Па; поверхностное натяжение 71,96 мДж/м2. 23. Постройте изотерму адсорбции-десорбции, пользуясь экспериментальными данными капиллярной конденсации паров воды в порах активного угля при 293 К. р ⋅ 10-2, Па

0,1

0,2

0,4

0,6

0,8

0,9

1,0

А, моль/кг адс.

6,5

9,0

11,5

14,0

22,5

26,6

30,0

А, моль/кг дес.

7,0

10,3

13,5

16,5

25,0

27,6

30,0

Рассчитайте и постройте интегральную кривую распределения объема пор по размерам. Молярный объем воды 18см3/моль; давление ее насыщенных паров 2338 Па; поверхностное натяжение 71,96 мДж/м2. 24. Постройте изотерму адсорбции-десорбции и интегральную кривую распределения объема пор адсорбента по размерам, используя данные капиллярной конденсации метанола на силикагеле при 293 К. р ⋅ 10-2, Па

16

32

64

79

96

110

128

А, моль/кг адс.

2,5

3,5

4,8

6,3

13

19

22,5

А, моль/кг дес.

2,5

3,5

4,8

6,5

17,5

21,2

22,5

Молярный объем метанола при 293 К равен 40,6 см3/моль; давление насыщенных паров 12800 Па; поверхностное натяжение 22,6 мДж/м2. 25. Постройте изотерму адсорбции-десорбции и интегральную кривую распределения объема пор адсорбента по размерам, используя данные капиллярной конденсации метанола на силикагеле при 293 К. 35

p/ps

0,2

0,4

0,6

0,8

0,9

1

А, моль/кг адс.

0,8

1,3

1,6

2,2

4,0

6,87

А, моль/кг дес.

0,8

1,3

1,7

3,0

5,7

6,87

Молярный объем метанола при 293 К равен 40,6 см3/моль; давление насыщенных паров 12800 Па; поверхностное натяжение 22,6 мДж/м2. 26. Постройте изотерму адсорбции-десорбции и интегральную кривую распределения объема пор адсорбента по размерам, используя данные капиллярной конденсации метанола на силикагеле при 293 К. р ⋅ 10-2, Па

12,8

25,6

38,4 51,2 64,0

76,8

90,0

102,0

А, моль/кг адс.

7,5

8,0

8,3

8,6

9,4

10,2

11,4

13,0

А, моль/кг дес.

7,5

8,3

9,0

9,6

10,0

11,0

11,7

13,0

Молярный объем метанола при 293 К равен 40,6 см3/моль; давление насыщенных паров 12800 Па; поверхностное натяжение 22,6 мДж/м2. 27. Постройте изотерму адсорбции-десорбции и интегральную кривую распределения объема пор адсорбента по размерам, используя данные капиллярной конденсации метанола на силикагеле при 293 К. р ⋅ 10-2, Па

64,0

76,8

90,0

102,5

114,5

128,0

А, моль/кг адс.

24,0

28,3

31,0

36,0

46,0

55,0

А, моль/кг дес.

24,0

30,0

37,5

44,0

50,0

55,0

Молярный объем метанола при 293 К равен 40,6 см3/моль; давление насыщенных паров 12800 Па; поверхностное натяжение 22,6 мДж/м2.

36

28. Постройте изотерму адсорбции-десорбции и интегральную кривую распределения объема пор по размерам по данным капиллярной конденсации паров воды в парах адсорбента при 293 К. p/ps

0,1

0,2

0,3

0,5

0,7

0,9

1,0

А, моль/кг адс.

3,75

5,3

6,2

8,75

10,4

12,5

13,2

А, моль/кг дес.

5,70

7,0

7,9

10,0

11,5

13,0

13,2

Молярный объем воды 18 см3/моль; давление ее насыщенных паров 2340 Па; поверхностное натяжение 72,0 мДж/м2. 29. Постройте изотерму адсорбции-десорбции и интегральную кривую распределения объема пор по размерам по данным капиллярной конденсации паров воды в парах адсорбента при 293 К. р ⋅ 10-2, Па

2,94

5,86

11,7

17,5

20,2

23,4

А, моль/кг адс.

1,0

1,4

1,7

2,3

3,0

5,0

А, моль/кг дес.

1,0

1,5

2,0

2,6

3,5

5,0

Молярный объем воды 18 см3/моль; давление ее насыщенных паров 2340 Па; поверхностное натяжение 72,0 мДж/м2. 30. Постройте изотерму адсорбции-десорбции и интегральную кривую распределения объема пор по размерам по данным капиллярной конденсации паров воды в парах адсорбента при 293 К. р ⋅ 10-2, Па

2,34 4,68 7,03 9,35 11,7 14

16,4 21,0 23,4

А, моль/кг адс.

4,0

6,0

7,3

8,3

9,0

9,5

10,0 12,6 17,0

А, моль/кг дес.

4,0

6,0

7,3

8,3

9,0

11,0 11,6 14,0 17,0

37

Молярный объем воды 18 см3/моль; давление ее насыщенных паров 2340 Па; поверхностное натяжение 72,0 мДж/м2. 31. Рассчитайте толщину диффузного слоя частиц дисперсной фазы при 293К в водном растворе AlCl3 концентрацией 10 мг/л. Относительная диэлектрическая проницаемость раствора составляет 79,0. Указания: ионную силу раствора определять по формуле:

I = 1 / 2∑ C i Z 2i i

где С - концентрация в моль/м3; Z - заряд иона. Электрическая постоянная

ε0=8,85⋅10-12 Ф/м, постоянная Фарадея F = 96500

Кл/моль. 32. Рассчитайте толщину диффузного слоя частиц дисперсной фазы при 298 К в водном растворе ZnCl2 концентрацией 25 мг/л. Относительная диэлектрическая проницаемость раствора составляет 78,0. Указания: см. указания в задании 31. 33. Рассчитайте толщину диффузного слоя частиц дисперсной фазы при 293 К в водном растворе NaCl концентрацией 10-4 моль/л. Считая, что относительная диэлектрическая проницаемость раствора линейно изменяется от 87,8 до 69,7 при повышении температуры от 273 К до 323 К, постройте зависимость толщины диффузного слоя от температуры. Указания: см. указания в задании 31. 34. Рассчитайте толщину диффузного слоя на поверхности твердой пластинки, помещенной в водный раствор с содержанием индифферентного электролита КCl - 10-3 моль/л. Относительная диэлектрическая проницаемость раствора составляет 78,5 при 298 К. Указания: см. указания в задании 31.

38

35. Рассчитайте толщину диффузного слоя на поверхности частиц сульфата бария , находящихся в водном растворе NaCl концентрацией 50 мг/л. Относительная диэлектрическая проницаемость раствора при 288 К составляет 82,2. Указания: см. указания в задании 31. 36. Какой ток необходимо задать для переноса 200 мл раствора электролита через пористую мембрану в течение 30 мин, если электрокинетический потенциал поверхности мембраны равен 0,1 В; вязкость среды 10-3 Па . С; удельная электропроводность раствора в порах мембраны 1,2 . 10-2 См/м; относительная диэлектрическая проницаемость среды 82,7. Указания: электрическая постоянная равна 8,85 . 10-12 Ф/м. 37. Какова суммарная площадь поперечного сечения пористой мембраны, если для переноса раствора электролита использовался ток в 0,02 А; линейная скорость жидкости в капиллярах мембраны составила 3 . 10-6 м/с; электрокинетический потенциал поверхности мембраны равен 0,09 В; вязкость системы 1,1 . 10-3 Па . С; удельная электропроводность раствора в порах мембраны 1,4 . 10-2 См/м; относительная диэлектрическая проницаемость среды 81. Указания: см. указания к задаче 36. 38. Рассчитайте время, необходимое для переноса 200 мл раствора электролита через пористую мембрану , если электрокинетический потенциал поверхности мембраны равен 0,1 В; вязкость среды 1,2 . 10-3 Па . С; удельная электропроводность раствора в порах мембраны 1,2 . 10-2 См/м; сила тока 0,015 А; относительная диэлектрическая проницаемость среды 81,8. Указания: см. указания к задаче 36. 39. Рассчитайте электрокинетический потенциал на границе водный раствор - пористая стеклянная мембрана по данным электроосмоса: сила тока 0,008 А; за 1 час переносится 120 мл раствора электролита; вязкость среды 2 . 10-3 Па . С, удельная электропроводность раствора в порах мембраны 10-2 См/м; относительная диэлектрическая проницаемость среды 82,5. 39

Указания: см. указания к задаче 36. 40. Рассчитайте объем раствора, перенесенного через пористую мембрану с суммарным поперечным сечением 100 см2 за один час в результате электроосмоса слабого раствора электролита. Электрокинетический потенциал поверхности мембраны составляет 0,08 В; вязкость среды 10-3 Па . С; удельная электропроводность раствора в порах мембраны 1,5

.

10-2 См/м; относительная диэлектрическая про-

ницаемость среды 80; сила тока 0,01 А. Определите линейную скорость жидкости в капиллярах мембраны. Указания: см. указания к задаче 36. 41-50. При достаточно медленном введении вещества В в разбавленный раствор вещества А возможно образование гидрозоля вещества С. Напишите формулы мицеллы и укажите знак электрического заряда коллоидных частиц этого золя. А

В

С

41

MgCl2

NaOH

Mg(OH)2

42

Ca(OH)2

CO2

CaCO3

43

Ba(NO3)2

Na2SO4

BaSO4

44

Na2 S

CdCl2

CdS

45

Pb(NO3)2

HCl

PbCl2

46

NaOH

ZnCl2

Zn(OH)2

47

Na2SiO3

HCl

SiO2

48

NaF

SrCl2

SrF2

49

Na2SO4

Pb(NO3)2

PbSO4

50

Hg(NO3)2

KJ

HgJ2

51. Частицы дисперсностью 0,8 мкм-1 оседают в водной среде под действием силы тяжести. Определите время, необходимое для оседания частиц по высоте

40

на 0,1 м, если плотность дисперсной фазы 2,1 г/см3; плотность среды 1,1 г/см3; вязкость среды 2 . 10-3 Па . С. 52. Рассчитайте размер частиц диоксида кремния, если известно, что время их оседания на расстояние 1 см составляет 60 мин. Плотность дисперсной фазы 2,7 г/см3; плотность дисперсионной среды 1,1 г/см3; вязкость среды 1,5 . 10-3 Па . С. 53. Определите удельную поверхность порошка сульфата бария (в расчете на единицу массы), если его частица оседает в водной среде на высоту 0,226 м за 1350 с. Плотность сульфата бария 4,5 г/см3; плотность воды 1,0 г/см3; вязкость воды 1 . 10-3 Па . С. Частицы имеют сферическую форму. 54. Рассчитайте время, за которое сферические частицы Al2O3 распределенные в среде с вязкостью 1,5 . 10-3 Па . С, оседают на высоту 1см , если удельная поверхность частиц составляет 105 м-1. Плотность дисперсной фазы 4 г/см3; плотность среды 1 г/см3. 55. Определить коэффициент диффузии и среднеквадратичный сдвиг частицы гидрозоля за время 10 с, если радиус частицы 50 нм, температура опыта 293 К, вязкость среды 10-3 Па . С. 56. Среднеквадратичное значение проекции сдвига частицы гидрозоля SiO2 за 3 с составляет 8 мкм. Определить радиус частицы, если вязкость среды 10-3 Па . С при 293 К. 57. Определите проекцию среднего сдвига для частиц гидрозоля за 10 с, если радиус частиц 0,05 мкм; температура опыта 293 К; вязкость среды 1 . 10-3 Па ⋅ С. 58. Определите радиус частиц гидрозоля золота, если после установления диффузионно-седиментационного равновесия при 293 К на высоте 8,56 см концен41

трация частиц уменьшается в е раз. Плотность золота 19,3 г/см3; плотность воды 1,0 г/см3. 59. Определите высоту, на которой после установления диффузионноседиментационного равновесия концентрация частиц гидрозоля SiО2 уменьшится вдвое. Частицы золя сферические; дисперсность частиц составляет 0,1 нм-1. Плотность SiО2 2,7 г/см3; плотность воды 1 г/см3; температура 293 К. 60. Для гидрозоля Al2O3 рассчитайте высоту, на которой концентрация частиц уменьшится в 2,7 раза. Форма частиц сферическая; удельная поверхность дисперсной фазы гидрозоля 108 м-1 . Плотность Al2O3 4 г/см3; плотность воды 1г/см3; температура 293 К. 61-65. Используя калибровочную кривую Геллера, рассчитайте размер частиц полистирольного латекса по зависимости оптической плотности D от длины волны λ. Кривую Геллера необходимо предварительно построить по следующим

158,0

167,0

189,0

2,365

2,14

132,0 2,82

2,45

119,0 3,04

143,0

111,0 3,235

2,66

106,7 3,30

сти (n)

139,0

95,0 3,545

дисперсно3,82

Показатель

88,0

(d (нм))

3,64

77,0

Диаметр частиц латекса

2,72

данным:

61. λ,нм

400

440

490

540

582

630

D

0,562

0,414

0,289

0,207

0,159

0,120

440

490

540

582

630

62. λ,нм

400

42

D

0,900

0,704

0,518

0,387

0,306

0,237

63. λ,нм

400

440

490

540

582

630

D

0,795

0,566

0,382

0,267

0,202

0,150

64. λ,нм

415

485

527

685

D

0,324

0,215

0,160

0,084

65. λ,нм

415

485

527

685

D

0,189

0,129

0,104

0,050

66. При исследовании гидрозоля золота в видимом объеме ультрамикроскопа, равном 12 . 10-19 м3, подсчитано 5 частиц. Приняв форму частиц за сферическую, определите их средний радиус. Концентрация золя 30 . 10-2 кг/м3; плотность золота 19,3 . 103 кг/м3. 67. При исследовании аэрозолей в видимом объеме ультрамикроскопа , равном 1,33 . 10-11 м3, подсчитано 50 частиц масляного тумана. Определите средний радиус частиц, если весовая концентрация аэрозоля 25 . 10-6 кг/м3; плотность масла 0,9 . 103 кг/м3. Форму частиц принять за сферическую.

68. С помощью метода поточной ультрамикроскопии в прошедшем объеме, равном 2 . 10-11 м3 подсчитано 100 частиц золя серы. Концентрация золя 6,5 . 105

кг/м3; плотность серы 1 . 103 кг/м3. Рассчитать средний радиус частиц, приняв их

форму за сферическую.

43

69. Методом поточной ультрамикроскопии в прошедшем объеме, равном 1,5 . 10-11 м3 подсчитано 53 частицы аэрозоля масляного тумана. Считая форму частиц сферической , определите их средний радиус. Концентрация золя 21 . 10-6 кг/м3, плотность масла 0,92 . 103 кг/м3. 70. Методом поточной ультромикроскопии в прошедшем объеме, равном 3 .

10-11 м3 подсчитано 60 частиц аэрозоля водяного тумана. Каков средний радиус

частиц, если концентрация аэрозоля 15

.

10-6 кг/м3; плотность воды 1 . 103 кг/м3.

Форму частиц принять за сферическую. 71-73. Рассчитайте стандартную теплоту, энергию Гиббса и энтропию мицеллообразования при 293 К додецилсульфата натрия в растворах NaCl разных концентраций, используя экспериментально измеренные температурные зависимости критической концентрации мицеллообразования (ККМ) 71. Т, К

293

313

333

ККМ, моль/л

1,51. 10-3

1,62 . 10-3

1,87 . 10-3

Т, К

293

311

333

ККМ, моль/л

5,13 . 10-3

5,37 . 10-3

6,17 . 10-3

Т, К

293

311

333

ККМ, моль/л

0,76 . 10-3

0,87 . 10-3

1,45 . 10-3

72.

73.

74 - 80. Пользуясь экспериментальными данными построить кривые кинетики набухания полимера в растворителе. Графическим способом определите соответствующие константы скорости набухания k.

44

74. Время набухания

τ,

5

30

90

150

210

240

270

300

0,33

1,15

2,33

2,91

3,25

3,41

3,58

3,58

4

8

мин. Степень набухания ατ 75. Время набухания τ, час. Степень набухания ατ

1

12

20

28

32

40

48

0,09 0,34 0,56 0,71 0,875 0,94 0,995 1,00 1,00

76. Время набухания τ, час. Степень набухания ατ

10

20

30

40

50

70

100

130

0,145 0,236 0,314 0,362 0,406 0,457 0,520 0,520

77. Время набухания τ, час.

10

20

30

40

50

70

100

130

Степень набухания ατ

0,25

0,37

0,45

0,56

0,60

0,668

0,73

0,73

Время набухания τ, час.

10

20

30

40

50

70

100

130

Степень набухания ατ

0,44

0,61

0,69

0,78

0,84

0,90

0,94

0,94

60

120

180

240

300

600

2,12

2,84

3,16

3,30

3,36

3,36

60

120

180

240

300

600

1,34

1,88

2,16

2,24

2,40

2,40

78.

79. Время набухания τ, мин. Степень набухания ατ 80. Время набухания τ, мин. Степень набухания ατ

45

81-85. Перед использованием речной воды в производстве ее осветляют, для чего можно применять различные электролиты, вызывающие коагуляцию частичек ила. Рассчитайте расход электролита - коагулятора (кг/сут), если расход воды на предприятии составляет 100000 м3/сут, а знак заряда взвешенных частиц ила положительный. 81. Порог коагуляции по NaCl составляет 52 моль/м3. Каков будет расход электролита при замене NaCl на Na2SO4? 82. Порог коагуляции по KNO3 составляет 46 моль/м3. Каков будет расход электролита при замене KNO3 на K3PO4? 83. Порог коагуляции по KJ составляет 55 моль/м3. Каков будет расход электролита при замене KJ на K2SO4? 84. Порог коагуляции по NaNO3 составляет 48 моль/м3. Каков будет расход электролита при замене NaNO3 на K2CrO4? 85. Порог коагуляции по NaOH составляет 45 моль/м3. Каков будет расход электролита при замене NaOH на Na2SO4? 86-90. Рассчитайте время половинной коагуляции и константу скорости коагуляции, используя полученные с помощью ультрамикроскопа экспериментальные данные по изменению общего числа частиц при коагуляции лиофобной дисперсной системы под действием электролита. Указание: Уравнение Смолуховского целесообразно представить в виде:

ν0/νΣ = f(τ) после чего время половинной коагуляции определить графически. 86. 46

Время коагуляции τ, сек.

0

Суммарное число частиц дисперсной фа- 20,2

125

250

375

425

8,08

5,05

3,67

3,31

7,0

15,0

20,2

28,0

24,2

19,9

16,7

14,2

11,0

14,0

26,0

43,0

20,90

19,10

14,40

10,70

зы, νΣ . 10-14 частиц/м3 87. Время коагуляции τ, сек.

0

Суммарное число частиц дисперсной фа- 32,2 зы, νΣ . 10-15 частиц/м3 88. Время коагуляции τ, сек.

0

Суммарное число частиц дисперсной фа- 29,70 зы, νΣ . 10-14 частиц/м3 89. Время коагуляции τ, сек.

0

Суммарное число частиц дисперсной фа- 5,0

100

175

250

400

500

3,78

3,23

2,86

2,22

1,96

335

510

600

800

2,52

1,92

1,75

1,49

зы, νΣ . 10-14 частиц/м3 90. Время коагуляции τ, сек.

0

Суммарное число частиц дисперсной фа- 5,00 зы, νΣ . 10-14 частиц/м3

91. Используя уравнение Эйнштейна, определите вязкость золя AgCl , если концентрация дисперсной фазы составляет

10% (масс). Плотность AgCl равна

5,56 г/см3. Примечание: 1. Частицы золя имеют сферическую форму (коэффициент формы частиц α = 2,5); 2. Дисперсионная среда имеет вязкость 1. 10-3 Па ⋅ С и плотность 1 г/см3. 47

92. Определите вязкость золя Al2O3, если концентрация дисперсной фазы составляет 8% (масс). Плотность Al2O3 равна 4 г/см3 (см. Примечание к зад. 91). 93. Определите массовую концентрацию гидрозоля SiO2, если его вязкость равна 1,1 . 10-3 Па ⋅ С. Плотность SiO2 равна 2,7 г/см³. (см. Примечание к зад. 91). 94. Определите массовую концентрацию золя AgCl, если его вязкость составляет 1,12 . 10-3 Па ⋅ С . Плотность AgCl равна 5,56 г/см3. (см. Примечание к зад. 91). 95. Определите массовую концентрацию золя Al2O3, если его вязкость составляет 1,15 . 10-3 Па ⋅ С. Плотность Al2O3 равна 4 г/см3. (см. Примечание к зад. 91). 96. Определите вязкость гидрозоля SiO2, если концентрация дисперсной фазы составляет 10% (масс). Плотность SiO2 равна 2,7 г/см3. (см. Примечание к зад. 91.) 97. Какой объем раствора пройдет через капилляр длиной 5 . 10-2 м и радиусом сечения 2,5 . 10-4 м под давлением 980 н/м2 за час? Вязкость жидкости равна 2 . 10-3 Па ⋅ С. 98. Какова вязкость глицерина, если из капилляра длиной 6 . 10-2 м и радиусом сечения равным 1 . 10-3 м он вытекает с объемной скоростью 1,4 . 10-9 м3/с под давлением 200 н/м2? 99. Определите радиус сечения капиллярного вискозиметра длиной 5 см, если 3 мл ньютоновской жидкости с вязкостью 1 . 10-3 Па ⋅ С протекают через него под давлением 100 н/м2 за 61 сек.

48

100. Рассчитайте вязкость 50% водного раствора глицерина, если при приложении к нему давления 18 н/м2 скорость течения жидкости составила 3 . 103 с-1. Какой объем этого раствора пройдет через капилляр длиной 8 . 10-2 м и радиусом сечения 10-3 м за 10 минут?

49

СОДЕРЖАНИЕ Предисловие

3

1. Содержание дисциплины

4

1.1. Содержание дисциплины по ГОС

4

1.2. Рабочая программа

4

1.3. Объемы аудиторной работы и виды контроля

20

1.4. Тематический план лекций

21

1.5. Перечень лабораторных работ

22

2. Библиографический список

22

3. Задание на контрольную работу

23

3.1 Теоретическая часть

24

3.2 Практическая часть

31

Редактор А.В. Алехина Сводный темплан 2004 г. ЛР № 020308 от 14.02.97 Санитарно-эпидемиологическое заключение №78.01.07.953.П.005641.11.03 от 21.11.2003г. Подписано в печать . .2004. Формат 60х84 1/16 Б. кн.-журн. П.л. Б.л. РТП РИО СЗТУ. Тираж 100. Заказ Редакционно-издательский отдел Северо-Западный государственный заочный технический университет 191186, Санкт-Петербург, ул. Миллионная, 5 50