Відкриття, які сприяли становленню колоїдної хімії як самостійної науки. Поняття про поверхневі явища: поверхневий натяг (поверхнево-активні речовини), адсорбцію, капілярну конденсацію, змочування, адгезію, когезію, просочування.

1. LOGO
Лекція № 1
КОЛОЇДНА ХІМІЯ
ЯК НАУКА ПРО ПОВЕРХНЕВІ ЯВИЩА
к.т.н., доц. Сабадаш Наталія Іванівна

2. ЛІТЕРАТУРА:
 Воловик Л.С. Колоїдна хімія [Підручник /
Л.С. Воловик, Є.І. Ковалевська, В.В. Манк та ін.] –
К.: НУХТ, 2011. – 247 с.
 Воюцкий С.С. Курс коллоидной химии. /
[Воюцкий С.С.]; – М.: Химия, 1975. – 512 с.
 Поверхневі явища та дисперсні системи (колоїдна
хімія): Лабор. практикум для студ. напряму 6.051301
«Хімічна технологія» ден. форм навч. / Уклад.:
О.В. Грабовська, О.В. Подобій, Н.І. Сабадаш –
К.: НУХТ, 2013. – 50 с.

3. План:
Відкриття, які сприяли становленню КХ як самостійної науки;
Капілярна конденсація;3
6
5
4
1
2 Поверхневий натяг та адсорбція;
Молекулярна адсорбція із розчинів;
Адсорбція електролітів (іонна адсорбція);
2.1
2.2
Явище змочування;
Адгезія. Когезія;
Капілярна конденсація;

4. LOGO
1. Відкриття, які сприяли становленню КХ
як самостійної науки

5.  Колоїдна хімія (від грец. κόλλα – клей) – наука про
дисперсні системи і поверхневі явища, які
виникають на поверхні поділу фаз.
 Колоїдна хімія (КХ) найбільш тісно пов‘язана з
технологічними процесами харчової та переробної
промисловості.

6. Відкриття, які сприяли становленню КХ як самостійної науки:
 1752 – Ломоносов використав для отримання кольорового скла
колоїдний розчин золота та ін. металів;
 1785 – Ловиць – російський хімік дослідив адсорбцію на вугіллі;
 1827 – Броун спостерігав тепловий рух часток пилку;
 в 40-х роках 19 ст. Сальмі – розсіювання світла;
 1809 – проф. московського унів. Рейс – виявив електричні
властивості КС, відкривши електроосмос та електрофорез.
 1869 р. – проф. київського університету Борщов довів, що одна і
та ж речовина залежно від умов може утворювати як істинні
(звичайні), так і колоїдні розчини. Отже, про колоїди можна
говорити як про відповідний стан речовини.
 Великий внесок в розвиток КХ зробив А.В. Думанський, який у
повоєнні роки завідував кафедрою ФКХ в нашому університеті.
(учення про ліофільність дисперсних систем та зв‘язану воду).
 З‘явилось відгалуження – біоколоїдна хімія, засновник –
український академік Ф.В. Овчаренко.

7. LOGO
2. Поверхневий натяг та
адсорбція

8.  До поверхневих належить ряд явищ,
зв'язаних з особливими властивостями
поверхневого шару – перехідної області
між двома статичними фазами.
 Виникнення поверхневих явищ зумовлено
силами міжмолекулярної взаємодії, які
особливо яскраво виявляються на
міжфазних межах поділу.

10.  Сила, що діє на одиницю довжини межі
розділу та яка зумовлює скорочення
поверхні рідини, називається силою
поверхневого натягу або поверхневим
натягом.
 Вона спрямована тангенціально до поверхні
рідини і вимірюється Дж/м2
= Н/м.

11. Поверхневий натяг розчинів відрізняється від
поверхневого натягу чистого розчинника.
 Речовини, які зменшують поверхневий натяг
рідин називаються поверхнево-активними (ПАР).
 Речовини, які збільшують поверхневий натяг
рідин називаються поверхнево-інактивними (ПІР).

12.  Молекули ПАР дифільні, тобто складаються з
двох частин – полярної гідрофільної групи та
неполярного гідрофобного радикала.

13.  Поверхнево-активними речовинами (ПАР)
є багато органічних сполук – жирні кислоти, їх солі,
спирти, карбонові кислоти та їх солі, естери, аміни,
кетони, білки.
 Поверхнево-інактивними речовинами (ПІР)
є всі неорганічні електроліти – солі, кислоти, луги.
 Прикладом поверхнево-неактивних речовин (ПНР),
які практично не змінюють поверхневого натягу
води є сахароза і лактоза.

14. Ізотерми поверхневого натягу

15. Адсорбція
 Сорбцією називають зміну концентрації одного або
декількох компонентів у гетерогенній системі.
 Адсорбцією (лат. Ad – на, при; sorbeo – поглинаю)
називається процес самодовільної зміни концентрації
одного з компонентів у поверхневому шарі, порівняно із
об’ємом фази.
 Абсорбція – це поглинання однієї речовини іншою.
 Десорбцією називають процес перенесення речовини з
поверхні поділу фаз в об’єм фази (процес, зворотній
адсорбції).

16. Ізотерми адсорбції

17. Правило Дюкло-Траубе (Р-Г)
 При збільшенні вуглеводневого
радикалу на одну СН2 групу поверхневий
натяг зменшується в 3,2 рази.

18. Ємність моношару (гранична адсорбція) “Г∞” – це граничне
число моль речовини, що адсорбується, на одиниці поверхні.
Не залежить від довжини вуглеводневого радикалу молекули ПАР.

19.  Така щільна упаковка молекул (частокіл Ленгмюра)
пояснює незалежність Г∞ від довжини ланцюга в
гомологічному ряду.

20. При розгляді адсорбції розчинів на поверхні твердого
тіла прийнято розрізняти:
 Молекулярну адсорбцію, тобто адсорбцію
неелектролітів, коли речовина адсорбується
в молекулярному стані;
 Іонну адсорбцію, або адсорбцію
електролітів, коли вибірково адсорбується
один із іонів електроліту – позитивний чи
негативний.
Є два види іонної адсорбції:
 Вибіркова (специфічна);
 Іонообмінна.

21. 2.1. Молекулярна адсорбція із розчинів
 При молекулярній адсорбції система
має як мінімум три компоненти.
Яка з речовин буде переважно
адсорбуватись, залежить від
інтенсивності взаємодії адсорбенту з
кожним з компонентів розчину, а також
взаємодії цих компонентів між собою.

22. Правило Дюкло-Траубе (Р-Тв.)
При збільшенні вуглеводневого
радикалу на одну СН2 групу адсорбція
зростає в 1,5 рази.

23. Правило Ребіндера
 Процес адсорбції іде у бік вирівнювання
полярностей контактуючих фаз, причому
тим сильніше, чим більша початкова
різниця полярностей цих фаз.
 Тобто речовина С буде адсорбуватися на
поверхні поділу фаз А і В, якщо орієнтація її
молекул буде сприяти зниженню надлишку вільної
поверхневої енергії.
εА >εC >εB або εА <εC <εB
ε – діелектрична проникність.

24. Правило Ребіндера
 Для адсорбції ПАР з неполярних розчинників (бензол,
гексан, толуол) треба застосовувати гідрофільні
адсорбенти (силікагель, глини).
 Навпаки, на гідрофобних поверхнях (вугілля, графіт,
тальк) краще адсорбуються ПАР з водних розчинів.

25. 2.1. Адсорбція електролітів (іонна адсорбція)
 Іони (катіони або аніони), вибірково
адсорбовані твердою поверхнею, надають
їй певного електричного заряду.
 Внаслідок електростатичного притягання,
іони протилежного знаку утворюють
подвійний електричний шар.

26. Адсорбція іонів залежить від їх заряду, розмірів та здатності
до сольватації (гідратації).
Чим вища валентність іона, тим в більшій
мірі він адсорбується. Адсорбція іонів
однакової валентності буде тим більша, чим
більший його радіус (звідси, більша
поляризація і менша гідратація).
Адсорбційна здатність ряду іонів, утворених
елементами І групи:
Li+
< Nа+
< К+
< Rb+
< Сs+
Такі ряди називаються ліотропними, або рядами
Гофмейстера.

27. У випадку адсорбції іонів на поверхні кристалу, до
складу якого входять іони тієї ж природи, адсорбцію
розглядають як добудову кристалічної решітки
адсорбованим іоном.
 Правило Панета-Фаянса:
На поверхні твердого адсорбенту
будуть адсорбуватись ті іони, які входять
в саму поверхню і будуть добудовувати
кристалічну гратку.

29. LOGO
3. Капілярна конденсація

30. Капілярна конденсація
 Конденсація – це фазовий перехід із стану
газу в рідину, який відбувається для даної
речовини при певній температурі та тиску.
При цьому мається на увазі, що такий
процес відбувається на площинній поверхні.

31.  При адсорбції в тонкопористих сорбентах
при певному тиску газу в тонких порах
починають перекриватися граничні шари
адсорбованої речовини. Внаслідок цього
утворюються ділянки з начебто об'ємною
фазою. Цей процес подібний капілярній
конденсації, але відбувається він не на
площині, а в тонких капілярах.

32. LOGO
4. Явище змочування

33.  Змочування – це явище, яке виникає при
зіткненні рідини з поверхнею твердого тіла або
іншої рідини.
 Також воно виражається в розтіканні рідини по
твердій поверхні, що знаходиться у контакті з
газом (паром) або іншою рідиною, просяканні
пористих тіл і порошків.

34. Різні випадки змочування поверхні

35. Рівновага сил на межі розподілу тверде тіло-рідина-газ:
1 – рідина; 2 – тверде тіло; 3 – повітря
 Між краплею та поверхнею утворюється
рівноважний кут, що називається
крайовим або кутом змочування.

36. LOGO
5. Адгезія. Когезія

37.  Одним із видів адсорбційних взаємодій на межі
розділу конденсованих фаз є адгезія
(прилипання).
 Адгезія – це самовільне поверхневе явище
взаємодії між різнорідними конденсованими
тілами при молекулярному контакті їх
поверхонь, що приводить до зниження вільної
енергії системи.

38.  Негативний вплив адгезії
спостерігається при так званому
адсорбційному руйнуванні твердих тіл і
зветься ефектом Ребіндера.

39.  У залежності від того, що липне до поверхні,
розрізняють адгезію рідини,
пружнов'язкопластичних мас, часток, плівок,
пластинок між собою.
 Аутогезія – явище контактної взаємодії
двох поверхонь одного і того ж матеріалу.
 Когезія – явище, під яким мають на увазі
взаємодії в самій речовині.

40. LOGO
6. Явище капілярного підняття
(просочування)

41. Явище капілярного підняття рідини
 Капілярність – явище зміни висоти рівня рідини
в капілярах, що пов'язане із змочуванням
поверхні мікропор і капілярів рідиною.

42.  Рівень рідини у капілярі вищий, ніж рівень рідини у
об'ємі у тому випадку, коли меніск, що утворився у
верхній частині капіляру, буде вігнутий.
Має місце викривлення поверхні з від'ємним
радіусом кривизни.
 Кривизна поверхні рідини у капілярі визначається
умовами змочування, тобто кутом змочування.
 Чим краще рідина змочує поверхню капіляру, тим
буде вище капілярне підняття.

43.  Капілярне опускання рідини буде
спостерігатись, якщо меніск у капілярі має
опуклу форму, що відповідає незмочуванню
поверхні, тиск у рідині під меніском буде
більший, ніж над плоскою поверхнею об’єму.

44. LOGO
Дякую за увагу!