Дисперсные Системы Реферат По Химии
Дисперсные Системы Реферат По Химии
Вы можете узнать стоимость помощи в написании студенческой работы.
Помощь в написании работы, которую точно примут!
1. Ведение…………………………………………………………………..2
2. Основные
типы дисперсных систем…………………………………...2
3. Образование
дисперсных систем………………………………………4
4. Устойчивость
дисперсных систем..........................................................5
5. Классификации
дисперсных систем…………………………………...8
6. Структурообразование
в дисперсных системах и в растворах полимеров……………………………………………………………….16
7. Свойства
дисперсных систем и определение размера частиц……….23
8. Список
использованной литературы. …………………………………24
ДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ
- гетерогенные системы из двух или большего числа фаз с сильно развитой
поверхностью раздела между ними. Обычно одна из фаз образует непрерывную
дисперсионную среду, в объеме которой распределена дисперсная фаза (или неск.
дисперсных фаз) в виде мелких кристаллов, твердых аморфных частиц, капель или
пузырьков. Д. с. могут иметь и более сложное строение, напр., представлять
собой двухфазное образование, каждая из фаз которого, будучи непрерывной,
проникает в объем др. фазы. К таким системам относятся твердые тела,
пронизанные разветвленной системой каналов-пор, заполненных газом или
жидкостью, некоторые микрогетерогенные полимерные композиции и др. Нередки
случаи, когда дисперсионная среда "вырождается" до тончайших слоев
(пленок), разделяющих частицы дисперсной фазы.
По дисперсности, т. е. размеру частиц дисперсной
фазы или отношению общей площади межфазной поверхности к объему (или массе)
дисперсной фазы (уд. поверхности), Д. с. условно делят на грубодисперсные и
тонко(высоко)дисперсные. Последние, по традиции, наз. коллоидно-дисперсными или
просто коллоидными системами. В грубодисперсных системах частицы имеют размеры
от 1 мкм и выше (уд. поверхность не более 1 м2/г), в коллоидных - от 1 нм до 1
мкм (уд. поверхность достигает сотен м2/г). Дисперсность оценивают по
усредненному показателю (среднему размеру частиц, уд. поверхности) или
дисперсному составу (см. Дисперсионный анализ). Тонкопористые тела
характеризуют пористостью -понятием, аналогичным дисперсности. В
свободнодисперсных системах сцепление между частицами дисперсной фазы
отсутствует, каждая частица кинетически независима и при достаточно малых
размерах участвует в интенсивном броуновском движении. Для структурированных
(связнодисперсных) систем характерно наличие неупорядоченной пространств. сетки
(каркаса), образованной частицами дисперсной фазы (см. Структурообразование в
дисперсных системах). Особую группу составляют высококонцентрированные Д. с., в
которых частицы находятся в "стесненных" условиях как, напр., в
периодич. коллоидных структурах. Мех. св-ва свободнодисперсных систем
определяются гл. обр. св-вами дисперсионной среды, а связнодисперсных систем -
также св-вами и числом контактов между частицами дисперсной фазы (см.
Реология). По агрегатному состоянию дисперсионной среды и дисперсной фазы
выделяют след. осн. виды Д. с.: 1) аэродисперсные (газодисперсные) системы с
газовой дисперсионной средой: аэрозоли (дымы, пыли, туманы), порошки,
волокнистые материалы типа войлока. 2) Системы с жидкой дисперсионной средой;
дисперсная фаза м. б. твердой (грубодисперсные суспензии и пасты,
высокодисперсные золи и гели), жидкой (грубодисперсные эмульсии,
высокодисперсные микроэмульсии и латексы) или газовой (грубодисперсные газовые
эмульсии и пены). 3) Системы с твердой дисперсионной средой: стеклообразные или
кристаллич. тела с включениями мелких твердых частиц, капель жидкости или
пузырьков газа, напр., рубиновые стекла, минералы типа опала, разнообразные
микропористые материалы. Отдельные группы Д. с. составляют мн. металлич.
сплавы, горные породы, сложные композиционные и др. многофазные системы.
Лиофильные и лиофобные Д. с. с жидкой дисперсионной средой различаются в
зависимости от того, насколько близки или различны по своим св-вам дисперсная
фаза и дисперсионная среда (см. Лиофильность и лиофобность). В лиофильных Д. с.
межмолекулярные взаимод. по обе стороны разделяющей фазы пов-сти различаются
незначительно, поэтому уд. своб. поверхностная энергия (для жидкости -
поверхностное натяжение) чрезвычайно мала (обычно сотые доли мДж/м2), межфазная
граница (поверхностный слой) м. б. размыта и по толщине нередко соизмерима с
размером частиц дисперсной фазы. Лиофильные Д. с. термодинамически равновесны,
они всегда высокодисперсны, образуются самопроизвольно и при сохранении условий
их возникновения могут существовать сколь угодно долго. Типичные лиофильные Д.
с. - микроэмульсии, нек-рые полимер-полимерные смеси, мицеллярные системы ПАВ,
Д. с. с жидкокристаллич. дисперсными фазами. К лиофильным Д. с. часто относят
также набухающие и самопроизвольно диспергирующиеся в водной среде минералы
группы монтмориллонита, напр., бентонитовые глины. Следует отметить, что в
прошлом "лиофильными коллоидами" наз. р-ры полимеров, т. е.
принципиально гомог. системы. Однако в совр. терминологии понятие
"коллоид" относится только к микрогетерогенным системам; по отношению
к гомогенным (однофазным) системам его не употребляют. В лиофобных Д. с.
межмолекулярное взаимод. в дисперсионной среде и в дисперсной фазе существенно
различно; уд. своб. поверхностная энергия (поверхностное натяжение) велика - от
неск. единиц до неск. сотен (и тысяч) мДж/м2; граница фаз выражена достаточно
четко. Лиофобные Д. с. термодинамически неравновесны; большой избыток своб.
поверхностной энергии обусловливает протекание в них процессов перехода в более
энергетически выгодное состояние. В изотермич. условиях возможна коагуляция
-сближение и объединение частиц, сохраняющих первоначальные форму и размеры, в
плотные агрегаты, а также укрупнение первичных частиц вследствие коалесценции
-слияния капель или пузырьков газа, собирательной рекристаллизации (в случае
кристаллич. дисперсной фазы) или изотермич. перегонки (мол. переноса) в-ва
дисперсной фазы от мелких частиц к крупным (в случае Д. с. с жидкой дисперсионной
средой - последний процесс наз. переконденсацией). Нестабилизованные и,
следовательно, неустойчивые лиофобные Д. с. непрерывно изменяют свой дисперсный
состав в сторону укрупнения частиц вплоть до полного расслоения на макрофазы.
Однако стабилизованные лиофобные Д. с. могут сохранять дисперсность в течение
длит. времени.
Возможно двумя путями: диспергационным и
конденсационным. Диспергирование макрофаз с образованием лиофильных Д. с.
происходит самопроизвольно - для этого достаточно энергии теплового движения.
Такой процесс осуществляется при значениях поверхностного натяжения s ниже
нек-рого критич. значения sкр = bkТ/d2, где d - размер частиц дисперсной фазы,
Т - абс. т-ра, k - постоянная Больцмана, b - безразмерный коэф., принимающий
значения примерно 10-30. Образование лиофобных Д. с. путем диспергирования
стабильной макрофазы требует значительных энергетич. затрат, определяемых
суммарной площадью пов-сти частиц дисперсной фазы. В реальных условиях на
образование пов-сти при измельчении твердых тел или при распылении и
эмульгировании жидкостей приходится лишь небольшая часть (доли процента)
подводимой к системе энергии; остальное расходуется на побочные процессы и
рассеивается в окружающем пространстве (см. Диспергирование). Конденсационный
путь образования Д. с. связан с зарождением новой фазы (или новых фаз) в
пересыщенной метастабильной исходной фазе - будущей дисперсионной среде. Для
возникновения высокодисперсной системы необходимо, чтобы число зародышей новой
фазы было достаточно большим, а скорость их роста не слишком велика. Кроме
того, требуется наличие факторов, ограничивающих возможности чрезмерного
разрастания и сцепления частиц дисперсной фазы. Переход первоначально
стабильной гомог. системы в метастабилъное состояние может произойти в
результате изменения термодинамич. параметров состояния (давления, т-ры,
состава). Так образуются, напр., природные и искусственные аэрозоли (туман - из
переохлажденных водяных паров, дымы - из парогазовых смесей, выделяемых при
неполном сгорании топлива), нек-рые полимерные системы - из р-ров при ухудшении
"термодинамич. качества" р-рителя, органозоли металлов путем
конденсации паров металла совместно с парами орг. жидкости или при пропускании
первых через слой орг. жидкости, коллоидно-дисперсные поликристаллич. тела
(металлич. сплавы, нек-рые виды горных пород и искусств. неорг. материалов).
Возможно также образование Д. с. в результате хим. р-ции в гомог. среде, если
продукт р-ции при данных условиях находится в агрегатном состоянии, отличном от
"материнской" фазы, или практически не растворяется в ней. Примерами
подобных систем могут служить аэрозоли с твердыми частицами NH4Cl (образуются
при взаимод. газообразных NH3 и НСl), аэрозоли с капелъно-жидкими частицами H2SO4
(при взаимод. SO3 и водяного пара). В природе и технол. процессах часто
образуются гидрозоли разного состава при гидролизе солей и др. соед.,
неустойчивых к действию воды. Окислит.-восстановит. р-ции используют для
получения золей Аu и Ag, разложение Na2S2O3 разб. серной или соляной к-той -
для получения гидрозоля элементарной серы. Хим. или термохим. разложения
карбонатов, орг. порофоров (порообразователей, вспенивающих агентов) и др.
соед. с выделением газообразных в-в в первоначально жидких средах лежит в основе
пром. произ-ва мн. пеноматериалов.
Устойчивость дисперсных систем характеризуется
постоянством дисперсности (распределения частиц по размерам) и концентрации
дисперсной фазы (числом частиц в единице объема). Наиб. сложна в теоретич.
аспекте и важна в практич. отношении проблема устойчивости аэрозолей и жидких
лиофобных Д. с. Различают седиментационную устойчивость и устойчивость к
коагуляции (агрегативную устойчивость). Седиментационно устойчивы коллоидные
системы с газовой и жидкой дисперсионной средой, в к-рых броуновское движение
частиц препятствует оседанию; грубодисперсные системы с одинаковой плотностью
составляющих их фаз; системы, скоростью седиментации в к-рых можно пренебречь
из-за высокой вязкости среды. В агрегативно устойчивых Д. с. непосредств.
контакты между частицами не возникают, частицы сохраняют свою индивидуальность.
При нарушении агрегативной устойчивости Д. с. частицы, сближаясь в процессе
броуновского движения, соединяются необратимо или скорость агрегации становится
значительно больше скорости дезагрегации. Между твердыми частицами возникают
непосредственные точечные ("атомные") контакты, к-рые затем могут
превратиться в фазовые (когезионные) контакты, а соприкосновение капель и
пузырьков сопровождается их коалесценцией и быстрым сокращением суммарной
площади межфазной пов-сти. Для таких систем потеря агрегативной устойчивости
означает также потерю седимeнтационной устойчивости. В агрегативно устойчивых
системах дисперсный состав может изменяться вследствие изотермич. перегонки -
мол. переноса в-ва дисперсной фазы от мелких частиц к более крупным. Этот
процесс обусловлен зависимостью давления насыщенного пара (или концентрации
насыщенного р-ра) от кривизны пов-сти раздела фаз (см. Капиллярные явления). Агрегативная
устойчивость и длительное существование лиофобных Д. с. с сохранением их св-в
обеспечивается стабилизацией. Для высокодисперсных систем с жидкой
дисперсионной средой используют введение в-в - стабилизаторов (электролитов,
ПАВ, полимеров). В теории устойчивости Дерягина-Ландау-Фервея-Овербека (теории
ДЛФО) осн. роль отводится ионно-электростатич. фактору стабилизации.
Стабилизация обеспечивается электростатич. отталкиванием диффузных частей
двойного электрич. слоя, к-рый образуется при адсорбции ионов электролита на
пов-сти частиц. При нек-ром расстоянии между частицами отталкивание диффузных
слоев обусловливает наличие минимума на потенц. кривой (дальний, или вторичный,
минимум; см. рис.). Хотя этот минимум относительно неглубок, он может препятствовать
дальнейшему сближению частиц, притягиваемых силами межмолекулярного
взаимодействия. Ближний, или первичный, минимум соответствует прочному
сцеплению частиц, при к-ром энергии теплового движения недостаточно для их
разъединения. Сближаясь на расстояние, отвечающее этому минимуму, частицы
объединяются в агрегаты, образование к-рых ведет к потере системой агрегативной
устойчивости. При этом устойчивость системы к коагуляции определяется высотой
энергетич. барьера.
Зависимость энергии взаимодействия Е между частицами
от расстояния R: 1 и 2 - ближний и дальний минимумы соответственно.
При введении в Д. с. в качестве стабилизатора ПАВ
фактором стабилизации м. б. "термодинамич. упругость" пленок среды,
разделяющей частицы. Стабилизация обеспечивается тем, что при сближении частиц,
напр., капель или газовых пузырей, происходит растяжение и утоньшение
разделяющей их прослойки, содержащей ПАВ, и, как следствие, нарушение адсорбц.
равновесия. Восстановление этого равновесия и приводит к повышению устойчивости
прослойки среды, разделяющей частицы. Гидродинамич. сопротивление вытеснению
жидкой дисперсионной среды из прослойки между сближающимися частицами - один из
кинетич. факторов стабилизации Д. с. Он особенно эффективен в системах с
высоковязкой дисперсионной средой, а при застекловывании последней делает
систему неограниченно устойчивой к агрегации частиц и коалесценции.
Структурно-мех. фактор стабилизации, по П. А. Ребиндеру, возникает при
образовании на межфазной границе полимолекулярных защитных слоев из мицеллообразующих
ПАВ, высокомолекулярных соед., а иногда и тонких сплошных или дискретных
фазовых пленок. Межфазный защитный слой должен обладать способностью
сопротивляться деформациям и разрушению, достаточной подвижностью для
"залечивания" возникших в нем дефектов и, что особенно важно, быть
лиофилизованным с внеш. стороны, обращенной в сторону дисперсионной среды. Если
защитный слой недостаточно лиофилен, он, предохраняя частицы от коалесценции,
не сможет предотвратить коагуляции. Структурно-мех. барьер является, по
существу, комплексным фактором стабилизации, к-рый включает термодинамич.,
кинетич. и структурные составляющие. Он универсален и способен обеспечить
высокую агрегативную устойчивость любых Д.с. с жидкой дисперсионной средой, в
т. ч. высококонцентрированных, наиб. важных в практич. отношении. Осн. св-ва Д.
с. определяются поверхностными явлениями: адсорбцией, образованием двойного
электрического слоя и обусловленных им электрокинетических явлений, контактными
взаимодействиями частиц дисперсной фазы. Размер частиц определяет оптич.
(светорассеяние и др.) и молекулярно-кинетич. св-ва (диффузия, термофорез,
осмос и др.). Д. с. повсеместно распространены в природе. Это - горные породы,
грунты, почвы, атм. и гидросферные осадки, растит. и животные ткани. Д. с.
широко используют в технол. процессах; в виде Д. с. выпускается большинство
пром. продуктов и предметов бытового потребления. Высокодисперсные техн.
материалы (наполненные пластики, дисперсноупрочненные композиц. материалы)
отличаются чрезвычайно большой прочностью. На высокоразвитых пов-стях
интенсивно протекают гетерог. и гетерог.-каталитич. хим. процессы. Учение о Д.
с. и поверхностных явлениях в них составляет сущность коллоидной химии.
Самостоят. раздел коллоидной химии - физико-химическая механика - изучаeт
закономерности структурообразования и мех. св-ва структурированных Д. с. и
материалов в их связи с физ.-хим. явлениями на межфазных границах.
По степени раздробленности (дисперсности) системы делятся
на следующие классы: грубодисперсные, размер частиц в которых более 10 -5
м; тонкодисперсные (микрогетерогенные) с размером частиц от 10 -5 до
10 -7 м; коллоидно-дисперсные (ультрамикро-гетерогенные) с частицами
размером от 10 -7 до 10 -9 м. Если фиксировать внимание на
двух основных компонентах дисперсных систем , то одному из
них следует приписать роль дисперсионной среды, а другому - роль дисперсной
фазы. В этом случае все дисперсные системы можно
классифицировать по агрегатным состояниям фаз.
Эта классификация была предложена
Оствальдом и широко используется до настоящего времени. Недостатком классификации следует считать
невозможность отнесения дисперсных систем , приготовленных
с твердой или жидкой дисперсной фазой, к какому-либо классу, если размер частиц
составляет несколько нанометров. Пример такой классификации приведен в табл.
1.
Академик П.А. Ребиндер предложил более совершенную классификацию дисперсных систем по агрегатным
состояниям фаз. Он разделил все дисперсные системы на два класса:
свободнодисперсные системы и сплошные (или связнодисперсные) системы (табл. 2 и
3). В свободнодисперсных системах дисперсная фаза не
образует сплошных жестких структур (сеток, ферм или каркасов). Эти системы
называют золями . В сплошных
(связнодисперсных) системах частицы дисперсной фазы образуют жесткие
пространственные структуры (сетки, каркасы, фермы). Такие системы оказывают
сопротивление деформации сдвига. Их
называют гелями .
Дисперсная система по классификации Ребиндера
обозначается дробью, в которой дисперсная фаза ставится в числителе, а
дисперсионная среда – в знаменателе. Например: Т 1 /Ж 2 .
Индекс 1 обозначает дисперсную фазу, а индекс 2 – дисперсионную среду.
Коллоидная химия изучает
свойства как тонко-, так и грубодисперсных систем; как свободно-, так и
связнодисперсных систем.
Включение в одну науку столь большого количества
разнообразных систем, различных как по природе фаз, так и по размерам частиц и
агрегатному состоянию фаз, основано на том, что все они обладают общими
свойствами - гетерогенностью и принципиальной термодинамической
неустойчивостью. Центральное место в коллоидной химии занимают
ультрамикрогетерогенные системы со свободными частицами. Это - так называемые, коллоидные системы .
Классификация дисперсных систем по агрегатным
состояниям фаз.
Рубиновое стекло; пигментированные
волокна; сплавы ; рисунок на ткани , нанесенный
методом пигментной печати
Жемчуг, вода в граните, вода в бетоне , остаточный мономер в
полимерно-мономерных частицах
Газовые включения в различных твердых телах : пенобетоны,
замороженные пены , пемза,
вулканическая лава, полимерные пены , пенополиуретан
Эмульсии : молоко , нефть , сливочное масло , маргарин, замасливатели волокон
Пены , в том числе
для пожаротушения и пенных технологий замасливания волокон, беления и
колорирования текстильных материалов
Коллоидные системы необычайно
лабильны, т.е. неустойчивы. Для многих из них достаточно прибавления ничтожного
количества электролита , чтобы вызвать
выпадение осадка. Причина столь легкого изменения состояния коллоидных систем связана с
непостоянством степени их дисперсности. Различают два вида устойчивости любой
раздробленной системы - кинетическую и агрегативную.
Т 1 /Г 2 – пыль в верхних
слоях атмосферы , аэрозоли .
Дисперсные системы . Реферат . Химия . 2010-09-27
Реферат : Классификация дисперсных систем по... - BestReferat.ru
Читать реферат по химии : " Дисперсные системы " Страница...
Реферат : Дисперсные системы . Скачать бесплатно и без...
Реферат на тему " Дисперсные системы " скачать бесплатно
Реферат На Тему Медицинские Школы Древней Греции
Банк Сочинений По Русскому
Опыт Лицензирования Автотранспортной Деятельности За Рубежом Эссе
Реферат На Тему Основные Устройства Пк
Сочинение Рассуждение Лебедь