Презентация на тему "Коллоидная химия"

Содержание

• 
  Слайд 1

  Коллоидная химия

  1

  • Дисперсная система
  • Дисперсная фаза (раздробленная часть дисперсной системы)
  • Дисперсионная среда (непрерывная часть дисперсной системы)
  • Коллоидная химия – наука о поверхностных явлениях и дисперсных системах.
  • Дисперсные системы – гетерогенные системы, в которых одна из фаз находится в дисперсном (раздробленном состоянии).
  • Поверхностные явления – совокупность явлений, связанных с физическими особенностями границ раздела между соприкасающимися фазами.
• 
  Слайд 2

  Признаки объектов коллоидной химии

  2

  1.Гетерогенность (многофазность).

  2.Дисперсность (раздробленность).

• 
  Слайд 3

  Меры дисперсности

  3

  • Поперечный размер частицы (а) – диаметр для сферических частиц (d) и длина ребра для кубических частиц (l).
  • Дисперсность (D) – величина, обратная поперечному размеру частицы: D=1/a.
  • Удельная поверхность (Sуд) – межфазная поверхность, приходящаяся на единицу объема или массы дисперсной фазы:
• 
  Слайд 4

  Зависимость удельной поверхности от размера частиц

  4

  • I–молекулярные системы (истинные растворы)
  • a < 10-9
  • II– высокодисперсные, коллоидные (наносистемы)
  • 10-9 < a < 10-7
  • III – среднедисперсные (микрогетерогенные)
  • 10-7 < a < 10-5
  • IV – грубодисперсные
  • a > 10-5
• 
  Слайд 5
  

  5

  • Пример:

  Дисперсность частиц коллоидного золота 108 м-1. Принимая частицы золота в виде кубиков определить, какую поверхность они могут покрыть, если их плотно уложить в один слой. Масса коллоидных частиц золота 1 г. Плотность золота 19,6·103 кг/м3.

  • Решение:

  1. Общая поверхность частиц коллоидного золота S = Sуд·V.

  2. Удельная поверхность кубических частиц Sуд = 6D.

  3. Объем золота равен V = m/ρ.

  • Тогда:
• 
  Слайд 6

  Особенности коллоидных систем

  6

  1.Избыточная поверхностная энергия GS

  • При увеличении дисперсности увеличивается удельная поверхность частиц дисперсной фазы, большая часть всех молекул или атомов находится на поверхности раздела фаз в несимметричном силовом поле, что приводит к возникновению избыточной поверхностной энергии.

  2. Термодинамическая неустойчивость

  3. Невоспроизводимость (индивидуальность)

  4. Способность к структурообразованию

• 
  Слайд 7

  Виды дисперсных систем

  7

  Виды дисперсных систем

• 
  Слайд 8

  Получение дисперсных систем

  8

  • Диспергационные методы
    • измельчение крупных образцов вещества до частиц дисперсных размеров;
    • химический состав и агрегатное состояние вещества не меняется;
    • затрачивается внешняя работа;
    • используют для получения грубодисперсных систем – производство цемента (1 млрд.т в год), измельчении руд полезных ископаемых, помол муки и т.д.
• 
  Слайд 9
  

  9

  • Для облегчения диспергирования используют понизители твердости (электролиты, эмульсии, ПАВ и др.)
  • Понизители твердости составляют 0,1 % от общей массы измельчаемых веществ и при этом снижают энергозатраты на получение дисперсных систем более чем в два раза.
• 
  Слайд 10

  Конденсационные методы

  10

  • основаны на ассоциации молекул в агрегаты из истинных растворов;
  • используют для получения высокодисперсных систем;
  • не требуют затраты внешней работы;
  • появление новой фазы происходит при пересыщении среды.

• 
  Слайд 11

  Стадии конденсации

  11

  1. Зародышеобразование - возникновение центров кристаллизации в пересыщенном растворе; зародыши образуются тем легче, чем больше чужеродных частиц.

  2. Рост зародышей.

  3. Формирование слоя стабилизатора (ДЭС).

• 
  Слайд 12

  Физические конденсационные методы

  12

  • 1. Метод конденсации из паров – образование тумана в газовой фазе при понижении температуры.

  Образование тумана, облаков, производство H2SO4, H3PO4.

  • 2. Метод замены растворителя – раствор вещества приливают к жидкости, в которой это вещество практически не растворимо.

  Получение гидрозолей серы, холестерина, канифоли и др.

• 
  Слайд 13

  Химические конденсационные методы

  13

  Методы основаны на образовании м.р.с. в результате протекания химических реакций.

  • 1. Реакции восстановления(получение золей Au, Ag, Pt).

  Восстановление аурата натрия формальдегидом.

  2NaAuO2 + 3HCOH + Na2CO3 = 2Au + 3HCOONa +NaHCO3 + H2O

  Строение мицеллы :

• 
  Слайд 14
  

  14

  • 2. Реакции обмена.

  Получение золя иодида серебра.

  AgNO3 + KJ(изб.) = AgJ↓ + KNO3

  • Строение мицеллы:
• 
  Слайд 15
  

  15

  • 3. Реакции окисления

  Образование золя серы.

  2H2Sр-р + O2 = 2S ↓+ 2H2O

  • Строение мицеллы:
• 
  Слайд 16
  

  16

  • 4. Реакции гидролиза

  Получение золя гидроксида железа.

  FeCl3 + 3H2O = Fe(OH)3 ↓ + 3HCl

  • Cтроение мицеллы:
• 
  Слайд 17

  Метод пептизации

  17

  • Пептизация– метод, основанный на переводе в коллоидный раствор осадков, первичные размеры которых уже имеют размеры высокодисперсных систем.
  • Суть метода: свежевыпавший рыхлый осадок переводят в золь путем обработки пептизаторами (растворами электролитов, ПАВ, растворителем).
• 
  Слайд 18

  Методы очистки дисперсных систем

  18

  • Низкомолекулярные примеси (чужеродные электролиты) разрушают коллоидные системы.
    • Диализ – отделение золей от низкомолекулярных примесей с помощью полупроницаемой мембраны.
    • Электродиализ – диализ, ускоренный внешним электрическим полем.
    • Ультрафильтрация – электродиализ под давлением (гемодиализ).

• 
  Слайд 19

  Особенности коллоидных растворов

  19

  • Опалесценция (светорассеяние) наблюдается когда λ > d.
  • Чем короче длина волны падающего света, тем больше рассеяние.
  • 400 нм - синий, 780 нм - красный
  • При боковом свечении дисперсные системы имеют голубоватую окраску (атмосфера Земли), а в проходящем свете – красноватую (восход и закат Солнца).
  • Светомаскировка - синий свет.
  • Сигнализация – красный, оранжевый свет.
  • Окраска драгоценных камней и самоцветов
  • Рубин– коллоидный раствор Cr или Au в Al2O3,
  • Сапфир - коллоидный растворTi в Al2O3,
  • Аметист – коллоидный растворMn в SiO2.
• 
  Слайд 20
  

  20

  • Электрокинетический потенциал (дзета-потенциал) – потенциал, возникающий на границе скольжения АВ при относительном перемещении фаз в электрическом поле.
  • 2. Способность к электрофорезу - явление перемещения частиц ДФ относительно неподвижной ДС по действием внешнего электрического поля.
    • Причина электрофореза - наличие двойного электрического слоя (ДЭС) на поверхности частиц ДФ.
• 
  Слайд 21

  Строение коллоидных мицелл

  21

  • Мицелла– частица дисперсной фазы вместе с ДЭС.
  • Внутренняя часть мицеллы - агрегат, состоящий из большого числа молекул или атомов м.р.с.
  • Агрегат электронейтрален, но адсорбирует на своей поверхности ионы из раствора – ПОИ.
  • Правило Фаянса-Пескова:
  • «На твердой поверхности агрегата в первую очередь адсорбируются ионы, которые:
  • входят в состав агрегата;
  • способны достраивать кристаллическую решетку агрегата;
  • образуют малорастворимое соединение с ионами агрегата;
  • изоморфны с ионами агрегата.»
• 
  Слайд 22
  

  22

  • Агрегат вместе с ПОИ составляет ядро мицеллы.Заряженное ядро мицеллы, притягивает ПИ из раствора. Часть ПИ образует адсорбционный слой.
  • Ядро с ПИ плотной части ДЭС образуют гранулу или коллоидную частицу. Знак заряда коллоидной частицы определяется знаком заряда ПОИ.
  • Коллоидную частицу окружают ПИ диффузной слоя – остальная часть ПИ, подвергающихся броуновскому движению и менее прочно связанная с ядром.
  • В целом образуется мицелла. Мицелла в отличие от коллоидной частицы электронейтральна.
• 
  Слайд 23
  

  23

  • Пример 1:

  AgNO3– электролит-стабилизатор

  Ag+– ПОИ, – ПИ

• 
  Слайд 24

  Устойчивость и коагуляция дисперсных систем

  24

  • Устойчивость – неизменность во времени основных параметров дисперсной системы: степени дисперсности и равномерного распределения частиц дисперсной фазы в дисперсионной среде.
  • Коагуляция– процесс разрушения коллоидных систем за счет слипания частиц, образования более крупных агрегатов с потерей устойчивости и последующим разделением фаз.

• 
  Слайд 25

  Коагуляция золей электролитами

  25

  • Правила электролитной коагуляции
  • Все электролиты при определенной концентрации могут вызвать коагуляцию золя.
  • Правило знака заряда: коагуляцию золя вызывает тот ион электролита, знак заряда которого противоположен заряду коллоидной частицы.
  • Этот ион называют ионом-коагулятором.
  • Каждый электролит по отношению к коллоидному раствору обладает порогом коагуляции (коагулирующей способностью).
• 
  Слайд 26
  

  26

  • Порог коагуляции (γ, Скр) – наименьшая концентрация электролита, достаточная для того, чтобы вызвать коагуляцию золя
  • Коагулирующая способность (Р) – величина, обратная порогу коагуляции
  • Влияние заряда иона-коагулятора (правило Шульце-Гарди): коагулирующая способность электролита возрастает с увеличением заряда иона – коагулятора

  n = 2 ÷ 6

• 
  Слайд 27

  Пример решения задания

  27

  • Золь гидроксида цинка получен путем сливания растворов ZnCl2 и NaOH. Определите знак заряда коллоидной частицы, напишите формулу мицеллы, если пороги коагуляции растворов электролитов следующие:
  • Решение:Определим знак заряда частиц золя.
  • Так как анионы всех электролитов одновалентны, а их пороги коагуляции разные, то коагуляцию золя вызывают катионы электролитов.
  • В данном случае: чем выше заряд катиона, тем меньше порог коагуляции (справедливо правило Шульце – Гарди). Следовательно, согласно «правилу знака заряда», заряд коллоидной частицы отрицательный.
  • Следовательно, ПОИ – ОН-, ПИ – Na+.