Лиофильные и лиофобные системы реферат
Обновлено: 02.07.2024
Лиофильные и лиофобные коллоиды
Лиоф и льные и лиоф о бные колл о иды, коллоидные системы, различающиеся по интенсивности молекулярного взаимодействия веществ дисперсной фазы и жидкой дисперсионной среды. В лиофильных коллоидах частицы дисперсной фазы интенсивно взаимодействуют с молекулами окружающей их жидкости. Поверхность частиц сильно сольватирована (см. Сольватация) и удельная свободная поверхностная энергия (поверхностное натяжение) на границе раздела фаз чрезвычайно мала. При комнатной температуре условие возникновения лиофильных коллоидов реализуется, если межфазное (поверхностное) натяжение не превосходит нескольких сотых долей мн·м -1 (дин·см -1 ). Лиофильные коллоиды образуются в результате самопроизвольного диспергирования крупных кусков твёрдого тела или капель жидкости на мельчайшие коллоидные частицы, или мицеллы. Лиофильные коллоиды термодинамически устойчивы и поэтому не разрушаются во времени при сохранении условий их возникновения. К лиофильным коллоидам относятся т. н. критические эмульсии, т. е. эмульсии, возникающие вблизи критической температуры смешения двух жидкостей; коллоидные дисперсии мицеллообразующих поверхностно-активных веществ (мыл, некоторых органических пигментов и красителей), водные дисперсии бентонитовых глин.
В лиофобных коллоидах частицы дисперсной фазы слабо взаимодействуют с окружающей средой. Межфазное натяжение в таких системах довольно велико [не ниже нескольких десятых долей мн·м -1 (дин·см -1 ) при комнатной температуре]. Вследствие избытка свободной поверхностной энергии они термодинамически неустойчивы, т. е. всегда сохраняют тенденцию к распаду. При распаде лиофобного коллоида происходит укрупнение коллоидных частиц (коагуляция или коалесценция), которое сопровождается уменьшением свободной энергии системы. Агрегативная устойчивость (способность противостоять укрупнению частиц) любого лиофобного коллоида носит временной характер; она обусловлена наличием стабилизатора — вещества, адсорбирующегося на поверхности частиц (капель) и препятствующего их слипанию (слиянию). Типично лиофобные коллоиды — гидро- и органозоли металлов, окисей, сульфидов (см. Золи), предельно высокодисперсные эмульсии (кроме критических), латексы. См. также Дисперсные системы, Коллоидные системы.
Лиофильные и лиофобные системы. Способы получения дисперсных систем. Определение границы поверхностного слоя. Методы измерения поверхностного натяжения. Зависимость поверхностного натяжения от температуры и концентрации. Полная поверхностная энергия.
| Рубрика | Химия |
| Предмет | Коллоидная химия |
| Вид | реферат |
| Язык | русский |
| Прислал(а) | виктор |
| Дата добавления | 22.01.2009 |
| Размер файла | 63,1 K |
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Подобные документы
Характерные особенности изотерм динамического поверхностного натяжения водных растворов некоторых ПАВ и их взаимосвязь со свойствами раствора. Исследование динамического поверхностного натяжения методом максимального давления в газовом пузырьке.
дипломная работа [788,3 K], добавлен 10.02.2012
Исследование кинетики адсорбции поверхностно-активных веществ на границе с газом или жидкостью, измерение динамического поверхностного натяжения водных растворов алкилсульфатов натрия, эффект появления максимума на изотерме поверхностного натяжения.
дипломная работа [2,2 M], добавлен 01.02.2012
Изучение характерных особенностей изотерм динамического поверхностного натяжения водных растворов ПАВ, полученных методом максимального давления в газовом пузырьке. Влияние температуры и концентрации ПАВ на мицеллообразование в коллоидном растворе.
дипломная работа [3,9 M], добавлен 01.02.2012
Описание и конструкция стеклянного электрода (СЭ). Представления о строении поверхностного слоя стекла, взаимодействующего с растворами. Результаты модифицирования поверхности СЭ с РН-метрической и металлической функциями, метод молекулярного наслаивания.
курсовая работа [662,2 K], добавлен 29.10.2015
Получение лиофобных коллоидных систем, ее оптические свойства. Определение поверхностного натяжения растворов ПАВ и межфазного натяжения на границе двух несмешивающихся жидкостей сталагмометрическим методом. Коллоидная защита золей растворами ВМС.
реферат [148,3 K], добавлен 15.02.2016
Диффузионный и смешанный механизм адсорбции. Роль электростатических взаимодействий в процессе адсорбции ионогенных ПАВ на межфазной границе раздела жидкость–газ. Исследование динамического поверхностного натяжения водных растворов алкилсульфатов натрия.
дипломная работа [1,2 M], добавлен 10.02.2012
Природа поверхностной энергии. Особенности поверхностного натяжения и его зависимость от температуры. Самопроизвольные реакции в поверхностном слое. Положения, классификация и количественные характеристики адсорбции, виды соответственных процессов.
ЛИОФИЛЬНЫЕ И ЛИОФОБНЫЕ
ДИПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ
Лиофильные системы отличаются сильным взаимодействием
дисперсных частиц с дисперсионной средой, такая ситуация имеет
место при сходной химической природе дисперсной фазы и
дисперсионной среды, однако при отсутствии химических реакций
между ними и условии большой взаимной растворимости. В
лиофильных системах межфазная поверхностная энергия мала –
ниже 0,01 мДж/м2. Примеры:
мицеллярные растворы ПАВ,
микроэмульсии, критические эмульсии.
Лиофобные системы соответствуют слабому (молекулярному
взаимодействию) дисперсной фазы и дисперсионной среды, поэтому
удельная свободная поверхностная энергия границы раздела велика –
1-100 мДж/м2. Примеры: частицы малорастворимых солей и оксидов в
воде, капли воды в органической жидкости (нефть) и др.
Лиофильные
системы
образуются
термодинамически устойчивы.
самопроизвольно
Лиофобные системы – термодинамически не устойчивы
получения требуются затраты энергии
и
и для их
Возможные пути, приводящие к изоляции гидрофобных
молекул (групп) от воды (на примере солей высших жирных
кислот – мыла)
Термодинамика мицеллобразования
m[ ПАВ] ( ПАВm )
c МИЦ К МИЦ с Mm
G МИЦ
G МИЦ
RT
ln K МИЦ
m
*
ln
c
RT
МИЦ
*
(ln c МИЦ m ln KKM ) RT
ln KKM
m
m
G МИЦ RT ln KKM
Н МИЦ
G МИЦ
T
(1 / T )
RT 2 d ln KKM
dT
СОЛЮБИЛИЗАЦИЯ
Солюбилизация – способность мицелл аккумулировать внутри себя
значительное количество веществ, которые не растворяются
в жидкой
дисперсионной среде (коллоидное растворение).
Прямые мицеллы солюбилизируют
мицеллы полярные вещества.
неполярные вещества, а обратные
Солюбилизат – поглощенное мицеллами вещество
Nсол
s
Nмиц
dlns H сол
dT
RT 2
МИКРОЭМУЛЬСИИ
ж/к
фаза
Микроэмульсиями называют самопроизвольно
образующиеся (термодинамически устойчивые)
многокомпонентные,
ультрадисперсные
(наноразмерные) системы, в которых дисперсная
фаза
и
дисперсионная
среда-взаимно
несмешивающиеся жидкости (масло и вода).
термодинамическая
устойчивость
обеспечивается
ультранизким
межфазным
-3
-5
2
натяжением 10 -10 мДж/м .
Классификация микроэмульсий по Винзору:
W I – прямая микроэмульсия, находящаяся в
равновесии с избытком масляной фазы.
W II – обратная микоэмульсия, находящаяся в
равновесии с избытком водной фазы
W III – биконтинуальная микроэмульсия,
находящаяся в равновесии с избытком масляной
и водной фазы.
W
IV – макроскопически однофазная
микроэмульсия, которая в зависимости от
условий получения может быть прямой,
биконтинуальной или обратной
Для получения дисперсных систем необходимо решить задачи:
1. Получить дисперсные частицы
2. Распределить дисперсные частицы в дисперсионной среде до
необходимой концентрации
3. Стабилизировать дисперсную систему, чтобы сохранить её
структуру и свойства в течении длительного времени
4. Провести очистку дисперсных систем от различных примесей
Способы получения дисперсных
частиц
1. Диспергационные
2. Конденсационные
Диспергационные методы получения дисперсных систем
Эти методы основаны на механических способах преодоления межмолекулярных
сил. Накопление свободной энергии в процессе диспергирования происходит за
счет внешней механической работы, переходящей в свободную поверхностную
энергию.
Диспергированием называют измельчение твердых или жидких тел. При этом
очень сильно увеличивается дисперсность и образуется дисперсная система,
обладающая развитой удельной поверхностью.
Диспергирование может происходить в результате процесса раздавливания,
истирания, дробления. К диспергирующим устройствам относятся шаровые
мельницы, стержневые мельницы, вальцы, краскотерки, коллоидные мельницы.
При сухом помоле обычно получают частицы размером приблизительно 60 мкм.
При мокром помоле получают частицы, по размеру близкие к коллоидным.
Наибольшую степень диспергирования можно получить в коллоидных
мельницах.
Работу диспергирования можно разделить на две части: одна часть
расходуется на объемное деформирование тела:
Wдеф= KV
Макрогетерогенная
система
Дисперсная
система
Гомогенная
система
Принципиальные пути создания лиофобных
дисперсных систем
Макрогетерогенная
система
Гомогенная
система
Рост частиц
новой фазы
Дисперсная
система
Метастабильная
гомогенная
система
Гомогенная
система
Образование
кластеров
новой фазы
Образование
пространственной
стрктуры
Большая поверхность раздела фаз вызывает сильное взаимодействие частиц дисперсной фазы с дисперсионной средой, которое приводит к тому, что частицы дисперсной фазы окружаются молекулами и ионами дисперсионной среды (растворителя) или же приобретают довольно значительный электрический заряд.
Любые два вещества на поверхности соприкосновения обязательно взаимодействуют. Это могут быть химическая реакция, взаимодействие, обусловленное проникновением одного вещества в другое и останавливающееся при достижении некоторого равновесного состояния, образование оболочки одного вещества вокруг частицы другого и многое другое. Дисперсная фаза и дисперсионная среда также взаимодействуют, но степень взаимодействия может быть различной.
По силе взаимодействия дисперсной фазы с дисперсионной средой коллоидные системы разделяют на лиофильные (от греч. – растворяю, – люблю) и лиофобные (от греч. – страх). Эти названия указывают на то, что в лиофильных коллоидных системах взаимодействие частиц с веществом дисперсионной среды сильнее, чем в лиофобных.
Лиофильные дисперсные системы характеризуются сильным притяжением молекул дисперсионной среды к частицам дисперсной фазы. Вокруг частиц самопроизвольно образуются плотные и сравнительно устойчивые сольватные оболочки. При взаимодействии с молекулами воды говорят о гидрофильности дисперсной фазы и образовании гидратных оболочек. Если частицы распределены в маслоподобных органических веществах и окружены такими оболочками, говорят об олеофильности частиц. Лиофильные вещества (тела) растворяются в данной жидкости, набухают в ней или хорошо смачиваются.
В лиофильных коллоидах поверхность частиц сильно сольватирована и поверхностная энергия (поверхностное натяжение) на границе раздела фаз мала. Лиофильные коллоиды образуются в результате самопроизвольного диспергирования крупных частиц твердого вещества или капель жидкости на мельчайшие коллоидные частицы (или мицеллы). Лиофильные коллоиды термодинамически устойчивы и поэтому почти не разрушаются при постоянстве условий их образования.
Лиофильные системы самопроизвольно образуются в жидкостях без участия электролитов или поверхностно-активных веществ. Так, гидрофильные системы образуют желатин и крахмал, которые сначала набухают в воде и затем переходят в раствор (студень, кисель, крахмальный клей); альбумины, в том числе яичный белок, также растворяются в воде; натуральный каучук легко растворяется в бензине (резиновый клей). К лиофильным коллоидным системам относятся растворы обычного мыла в воде.
Важнейшая характеристика дисперсных систем – знак и величина заряда частиц. У частиц лиофильных коллоидов заряд или очень мал, или вообще отсутствует. Заряд на частице лиофильного коллоида изменяется очень легко при прибавлении небольших количеств электролитов. Изменение концентрации ионов водорода в растворе (рН) приводит к перезарядке частиц коллоидного раствора. В электрическом поле лиофильные коллоиды или не перемещаются, или перемещаются в любом направлении.
Слабое взаимодействие молекул дисперсионной среды с частицами дисперсной фазы приводит к образованию лиофобных систем. Если дисперсионной средой является вода, говорят о гидрофобности системы, если органические маслоподобные вещества – об ее олеофобности. Частицы лиофобных веществ (тела) не растворяются, плохо смачиваются и не набухают в веществе дисперсионной среды. Лиофобные системы с концентрацией дисперсной фазы выше 1% получить не удается, а лиофильные коллоидные системы могут быть очень концентрированными.
О лиофильности или лиофобности системы можно судить по количеству теплоты, выделяющейся при растворении, набухании и смачивании. У лиофильных систем теплота взаимодействия намного больше, чем у лиофобных.
На гладкой поверхности лиофильного вещества капля жидкости растекается, образуя тонкий слой (пленку), а на лиофобной поверхности капля не растекается, образуя линзу или сплющенный шар. Количественной мерой лиофобности может служить величина угла между поверхностями капли и смачиваемого тела (краевой угол, или угол смачивания).
Лиофобные коллоидные системы по вязкости близки к дисперсионной среде, лиофильные системы имеют более высокую вязкость.
Лиофильные коллоидные растворы рассеивают свет слабее лиофобных.
Типичные лиофобные вещества – оксиды или сульфиды элементов металлического характера.
Принципиальное различие лиофобных и лиофильных коллоидных систем состоит в их термодинамических свойствах. Лиофобные системы – гетерогенные, и в этом отношении их нельзя относить к истинным растворам. Лиофильные системы – однофазные, гомогенные, обладающие многими свойствами истинных растворов. Вследствие высокой поверхностной энергии лиофобные системы термодинамически и кинетически неустойчивы. Лиофильные системы термодинамически устойчивы.
При распаде лиофобных коллоидов происходит укрупнение коллоидных частиц, которое сопровождается уменьшением энергии системы. Способность противостоять укрупнению частиц (агрегативная устойчивость) у лиофобной системы имеет временный характер и часто обусловлена наличием веществ (стабилизаторов), адсорбирующихся на поверхности частиц и препятствующих их слипанию (или слиянию).
Читайте также: