Київський національний університет імені тараса шевченка хімічний факультет



Скачати 326.09 Kb.
Дата конвертації27.03.2017
Розмір326.09 Kb.
КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ІМЕНІ ТАРАСА ШЕВЧЕНКА
__ хімічний факультет __________________________________________

(назва факультету, інституту)

Кафедра (циклова комісія) ________ фізичної хімії_______________________

(для коледжів)


«ЗАТВЕРДЖУЮ»

Заступник декана/директора


з навчальної роботи


______________________

«____»____________20__ року


РОБОЧА ПРОГРАМА НАВЧАЛЬНОЇ ДИСЦИПЛІНИ

_ КОЛОЇДНА ХІМІЯ _


(повна назва навчальної дисципліни)

для студентів
галузі знань __________________0401 – Природничі науки____________

(шифр і назва галузі знань)

напрям підготовки ____________6.040101 – Хімія___________________

(шифр і назва напряму підготовки)

спеціальність ____________6.04010101 – Хімія_________________

(шифр і назва спеціальності)

спеціалізація _________кластер_Фізична хімія______________

назва спеціалізації)




КИЇВ – 2016

Робоча програма ______“Колоїдна хімія”____.________________

(назва спеціальності)

для студентів З нормативної частини циклу професійної та практичної підготовки. спеціальності __6.04010101 -Хімія__

«____» ______________ 20___ року - ___с.
Розробники1: (кандидат хімічних наук, доцент Малишева М.Л.)
Робоча програма дисципліни _____“Колоїдна хімія”____._________________ затверджена на засіданні кафедри (предметної комісії)

__фізичної хімії______________________________________


Протокол № .10. від “1”червня 2016_ року
Завідувач кафедри (Голова циклової, предметної комісії) ___________________

(вибрати необхідне)

_____________________ (__Фрицький І.О._)

(підпис) (прізвище та ініціали)

«_____» ___________________ 20___ року
Протокол № .....від “....” 20___ року
«_____» ___________________ 20___ року
Схвалено науково - методичною комісією факультету/інституту (методичною комісією коледжу за напрямом підготовки (спеціальністю)) (вибрати необхідне)______

_____________________________________________________________________


Протокол № 1 від «_9__» _червня__ 2016_ року

Голова науково-методичної комісії ____________________(_Амірханов В.М.)

)

«_____» _________________ 20___ року



© ______________, 20___ рік

© ______________, 20___ рік

© ______________, 20___ рік

ВСТУП

Навчальна дисципліна ____Колоїдна хімія_______________

(назва дисципліни)

є складовою освітньо-професійної програми підготовки фахівців за освітньо-кваліфікаційним рівнем «_бакалавр___» галузі знань ______________

(зазначити відповідний рівень) (зазначити)

З нормативної частини циклу професійної та практичної підготовки.



спеціальності __0703-Хімія____________________

(шифр і назва напряму підготовки)

Дана дисципліна ___________________нормативна_______________

(нормативна, за вибором)

за спеціальністю хімія (спеціалізацією) ____________________________.

(зазначити спеціальність, у випадку дисципліни спеціалізації відповідну спеціалізацію)

Викладається у 2семестрі 3курсу та у 1 семестрі 4курсу в обсязі – 252 год. 2

(зазначається загальний обсяг)



( 7_ кредитів ECTS3) зокрема: лекції – 51год., практичні __ год. семінарські заняття –_ год., лабораторні – 68 год., самостійна робота – 133 год. У курсі передбачено __ змістових модулі та 1_ модульна(і) контрольна(і) робота(и). Завершується дисципліна – у 2семестрі 3курсу заліком, у 1 семестрі 4курсу іспитом/

Мета дисципліни – Надання студентам теоретичних знань з колоїдної хімії з метою їх подальшого застосування на практиці.

Завдання –навчити синтезувати дисперсні системи та досліджувати їх властивості. Знати поверхневі явища, адсорбцію ПАР, електроповерхневі явища та аналізувати природу стійкості та механізми її порушення.

Структура курсу

В результаті вивчення навчальної дисципліни студент повинен



  • знати: знати ознаки колоїдного стану речовин,

  • знати класифікацію дисперсних систем.

  • знати передбачені програмою методи добування та очищення дисперсних систем

  • мати уявлення про практичне використання поверхневих явищ

  • знати властивості ПАР та особливості їх поведінки в гетерогенних системах

  • знати механізми виникнення та теорії будови ПЕШ.

  • знати закономірності електрокінетичних явищ в дисперсних системах

  • мати уявлення про агрегативну та седиментаційну стійкість дисперсних систем

  • знати механізми коагуляції електролітами.

  • знати закономірності і механізми коагуляції і дисперсних систем електролітами

  • знати основні положення теорії ДЕФО, розуміти і фізичний зміст величин та констант, що входять до складу відповідних формул;

  • знати закономірності структуроутворення в дисперсних системах

  • знати ознаки і властивості коагуляційних та конденсаційно-кристалізаційних структур

  • знати основні молекулярно-кінетичних властивостей дисперсних систем

  • знати основні оптичні властивості дисперсних систем та оптичні методи дослідження дисперсних систем

  • вміти: розуміти фізичний зміст поверхневих явищ (адсорбції, когезії, адгезії),

  • розуміти і вміти пояснювати фізичний зміст величин та констант, що входять до складу відповідних формул;

  • вміти розраховувати потенціальні криви взаємодії частинок



Місце дисципліни. Нормативна навчальна дисципліна “Колоїдна хімія” є складовою циклу професійної підготовки фахівців освітньо-кваліфікаційного рівня “бакалавр”.

Зв’язок з іншими дисциплінами. Нормативна навчальна дисципліна “Колоїдна хімія” є базовою для вивчення широкого ряду хімічних спеціальних дисциплін, зокрема таких “Адсорбція та поверхневі сили”, “Гетерогенний каталіз” та інших.

Контроль знань і розподіл балів, які отримують студенти.

Контроль здійснюється за модульно-рейтинговою системою.

У змістовий модуль 1 (ЗМ1) входять теми 1 - ___, а у змістовий модуль 2 (ЗМ2) – теми ___ - ___. Обов’язковим для іспиту/заліку є ___________________________________.

(зазначаються умови, невиконання яких унеможливлює допуск до іспиту чи заліку)



Оцінювання за формами контролю4: (як приклад)




ЗМ1

ЗМ ХХ

Min. – _ балів

Max. – __ бали

Min. – __ бали

Max. – __ балів

Усна відповідь













Доповнення























































Модульна контрольна робота 1













Модульна контрольна робота 2













3” мінімальна/максимальна оцінку, яку може отримати студент.

1 мінімальна/максимальна залікова кількість робіт чи завдань.

Для студентів, які набрали сумарно меншу кількість балів ніж критично-розрахунковий мінімум – _____ балів для одержання іспиту/заліку обов’язково (слід зазначити умови, які висуває лектор).

У випадку відсутності студента з поважних причин відпрацювання та перездачі МКР здійснюються у відповідності до „Положення про порядок оцінювання знань студентів при кредитно-модульній системі організації навчального процесу” від 1 жовтня 2010 року.



При простому розрахунку отримаємо:




Змістовий модуль1

Змістовий модуль2

іспит / залік

Підсумкова оцінка

Мінімум

___

_____

22 /____

60

Максимум

_____

______

40/___

99

При цьому, кількість балів:

  • 1-34 відповідає оцінці «незадовільно» з обов’язковим повторним вивченням дисципліни;

  • 35-59 відповідає оцінці «незадовільно» з можливістю повторного складання;

  • 60-64 відповідає оцінці «задовільно» («достатньо»);

  • 65-74 відповідає оцінці «задовільно»;

  • 75 - 84 відповідає оцінці «добре»;

  • 85 - 89 відповідає оцінці «добре» («дуже добре»);

  • 90 - 100 відповідає оцінці «відмінно».

Шкала відповідності (за умови іспиту) Шкала відповідності (за умови заліку)


За 100 – бальною шкалою

За національною шкалою

90 – 100

Зараховано

85 – 89

75 – 84

65 – 74

60 – 64

1 – 59

не зараховано



За 100 – бальною шкалою

За національною шкалою

90 – 100

5

відмінно

85 – 89

4

добре

75 – 84

65 – 74

3

задовільно

60 – 64

35 – 59

2

не задовільно

1 – 34








НАВЧАЛЬНО-ТЕМАТИЧНИЙ ПЛАН ЛЕКЦІЙ З КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ

VI СЕМЕСТР

1

Коpоткий iстоpичний огляд pозвитку колоїдної хiмiї. Ознаки об’єктів колоїдної хімії. Дисперсні системи. Дисперсність і питома поверхня.

2

2

Класифікація дисперсних систем.

2

3

Диспергаційні методи одержання дисперсних систем.




4

Конденсаційні методи одержання дисперсних систем. Процеси старіння. Методи очищення.

2

5

Термодинаміка поверхневих явищ. Метод надлишкових величин Гіббса.

2

6

Вільна поверхнева енергія. Методи визначення поверхневого натягу рідин

2

7

Адгезія, когезія. Явище змочування. Рівняння Юнга Дюпре, Юнга- Дюпре.

2

8

Поверхневі явища в системі розчин-газ. Рівняння Гіббса. Поверхнева активність . Правило Траубе.

2

9

Ізотерми поверхневого натягу та ізотерми адсорбції. Визначення параметрів молекул ПАР.

2

9

Поверхневі плівки.

2

10

Молекулярна адсорбція з розчинів на поверхні твердого тіла. Практичне значення.

2

11

Адсорбція електролитів. Утворення ПЕШ.

2

12

Механізми утворення та будова ПЕШ. Поверхневий потенціал

2

13

Теорії Гельмгольця-Перрена, Гуі-Чепмена. Зв’язок заряду та потенціалу.

2

14

Теорія Штерна.

2

15

Електрокінетичні явища. Електрокінетичний потенціал.

2

16

Теорія електроосмосу. Поверхнева провідність. Електрофоретичне гальмування.

2

17

Вплив різних факторів на будову и параметри ПЕШ. Вплив індиферентних та неіндиферентних електролитів.

2



НАВЧАЛЬНО-ТЕМАТИЧНИЙ ПЛАН ЛЕКЦІЙ З КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ

VIІ СЕМЕСТР

1

Агрегативна стійкість ліофобних дисперсних систем. Коагуляція повільна, швидка, прихована, явна. Кінетика швидкої коагуляції

2

2

Фізична теорія стійкості і коагуляції ліофобних золів (т. ДЛФО). Дисперсійна та електростатична складові розклинюючого тиску.

2

3

Потенціальні криві взаємодії часточок. Механізми коагуляції. Закономірності коагуляції електролітами.

2

4

Реологія. Структурно-механічні властивості дисперсних систем. Структуроутворення. Коагуляційні та конденсаційно-кристалізаційні структури.

2

5

Реологічні моделі. Пружність, в’язкість, еластичність, пластичність. Ньютонівські та неньютонівські рідини. Псевдопластичність, дилатансія.

2

6

Оптичні властивості дисперсних систем. Розсіювання світла. Теорія Релея.

2

7

Поглинання світла дисперсними системами. Оптичні властивості золів металів. Оптичні методи дослідження

2

8

Молекулярно-кінетичні властивості дисперсних систем. Броунівський рух. Дифузія.Осмос.

2

9

Седиментація, седиментаційний аналіз. Седиментаційно-дифузійна рівновага.

2


ПЕРЕЛІК ЛАБОРАТОРНИХ РОБІТ З КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ. VIІ СЕМЕСТР

1

Визначення розміру часточок „білих” золів

4

2

Визначення розміру часточок та фракційного складу дисперсної системи методом седиментаційного аналізу.

4

3

Вивчення адсорбції на межі поділу рідина – газ та тверде тіло –рідина.

4

4

Добування та очищення дисперсних систем.

4

5

Визначення електрокінетичного потенціалу золів методом електрофорезу

4

6

Вивчення коагуляції колоїдних розчинів електролітами.

4

7

Визначення порогу коагуляції золів електролітами.

4

8

Визначення ККМ колоїдних ПАР в водних розчинах.

4

9

Вивчення реологічних властивостей структурованих систем методом капілярної віскозиметрії.

4

Змістовий модуль 1

Тема 1. Ознаки, класифікація, методи добування дисперсних систем .

Лекція 1. Вступ. Основні ознаки об’єктів колоїдної хімії (2 год.)

Місце колоїдної хімії в системі наук. Колоїдна хімія – наука про поверхневі явища і дисперсні системи. Гетерогенність та дисперсність як ознаки об’єктів колоїдної хімії. Дисперсні системи. Дисперсність і питома поверхня. Поверхнева енергія. Дисперсність і вільна поверхнева енергія.



Лекція 2. Класифікація дисперсних систем. (2 год.)

Класифікація дисперсних систем за агрегатним станом дисперсної фази і дисперсійного середовища. Класифікація за розміром частинок дисперсної фази. Класифікація дисперсних систем за інтенсивністю взаємодії дисперсної фази і дисперсійного середовища. Термодинамічна нестійкість ліофобних дисперсних систем. Класифікація дисперсних систем за взаємодією між частинками дисперсної фази.
Лекція 3. Методи добування дисперсних систем. Класифікація методів добування дисперсних систем. Диспергаційні методи одержання дисперсних систем.
Диспергаційні методи одержання дисперсних систем. Робота диспергування. Самодовільне диспергування. Методи диспергування твердих тіл. Ефект підвищення міцності при подрібненні та адсорбційного зменшення міцності (Ефекти Ребіндера).
Лекція 4. Методи добування дисперсних систем. Конденсаційні методи одержання дисперсних систем. Методи очищення

Методи фізичної та хімічної конденсації. Конденсаційне утворення ліофобних дисперсних систем. Термодинамічні основи гомогенного зародкоутворення. Робота утворення критичного зародку. Кінетика зародкоутворення та зростання зародків. Пептизація. Зміна властивостей дисперсних систем при подрібненні. Процеси старіння в дисперсних системах.



Тема 2. Поверхневі явища і адсорбція.

Лекція 5. Поверхневі явища. Термодинаміка поверхневих явищ.

Термодинаміка поверхневих явищ. Метод надлишкових величин Гібса. Надлишкові термодинамічні функції. Термодинамічні рівняння для поверхневого шару та об’ємних фаз.



Лекція 6 . Поверхневі явища. Вільна поверхнева енергія.

Термодинамічне визначення вільної поверхневої енергії. Зв’язок повної поверхневої енергії та вільної поверхневої енергії. Методи визначення поверхневого натягу рідин. Властивості поверхневого натягу рідин. Залежність від температури.



Лекція 7 . Поверхневі явища. Адгезія, когезія. Змочування.

Міжфазний поверхневий натяг на межі двох рідин. Правило Антонова. Залежність міжфазного натягу на межі двох рідин від природи фаз та від температури.

Міжмолекулярна взаємодія в гетерогенній системі. Явища адгезії, когезії. Рівняння Дюпре. Явище змочування. Рівняння Юнга та Юнга- Дюпре.

Лекція 8. Поверхневі явища в системі розчин-газ.

Основи термодинаміки адсорбції. Адсорбційне рівняння Гіббса. Поверхнево-активні та інактивні речовини. Адсорбція розчинних ПАР. Поверхнева активність. Правило Траубе.



Лекція 9. Ізотерми поверхневого натягу та ізотерми адсорбції ПАР.

Ізотерма поверхневого натягу. Рівняння Шишковського. Перехід від рівняння Гіббса до рівняння Ленгмюра. Визначення параметрів молекул ПАР. Будова адсорбційного шару ПАР. Визначення параметрів молекул ПАР.



Лекція 10. Поверхневі плівки. ПАР

Адсорбційні шари нерозчинних ПАР. Прилад Ленгмюра. Поверхневий тиск. Ізотерми поверхневого тиску. Газоподібні, рідкі, тверді, розтягнуті плівки. Практичне використання поверхневих плівок. Плівки Ленгмюра – Блоджет.

Класифікація поверхнево-активних речовин та сучасний асортимент синтетичних ПАР. Мицелоутворення в розчинах ПАР. ККМ. Солюбілізація.

Лекція 11. Адсорбція з розчинів на поверхні твердого тіла.

Молекулярна адсорбція з розчинів на поверхні твердого тіла. Форми ізотерм адсорбції. Правило вирівнювання полярності. Практичне значення. Адсорбція полімерів.



Тема 3. ПЕШ

Лекція 12. Адсорбція електролітів. Індиферентні та неіндиферентні електроліти. Утворення подвійного електричного шару (ПЕШ). Іонний обмін. Рівняння Нікольского.

Лекція 13. Механізми утворення та будова ПЕШ.

Механізми утворення подвійного електричного шару (ПЕШ). Різниця потенцiалiв між фазами i поверхневий потенціал. Рівняння Неpнста i можливість його застосування для поверхневого потенціалу. Точка нульового заряду. Зв'язок між точкою нульового заряду i поверхневим потенціалом.

Теоpiї будови ПЕШ - Гельмгольца-Пеppена, Гуї-Чепмена, Штеpна. Будова міцел ліофобних золів. Механізми утворення ПЕШ. Між фазний стрибок потенціалу. Утворення ПЕШ на поверхні AgI та SiO2. Поверхневий потенціал. Рівняння Нернста.

Лекція 14. Теорії будови ПЕШ.

Теорії Гельмгольця-Перрена, Гуі-Чепмена. Зміна концентрації іонів, зміна потенціалу в ПЕШ. Зв’язок заряду та потенціалу.



Лекція 15 . Теорія Штерна. Будова міцел ліофобних золів.

Теорія Штерна. Потенціал Штерна. Специфічна адсорбція іонів. Зміна знаку потенціалу Штерна при додаванні багатозарядних протийонів. Будова міцел ліофобних золів.


Тема 4. Електроповерхневі явища в дисперсних системах.

Лекція 16. Електрокінетичні явища в дисперсних системах. Класифiкацiя електpокiнетичних явищ. Електpофоpез. Електpоосмос. Потенціали пpотiкання, седиментації. Електpокiнетичний (дзета) потенціал. Класична теоpiя електроосмосу. Поверхнева електpопpовiднiсть. Електрофорез. Ефект релаксації та електрофоретичне гальмування.

Лекція 17. Вплив різних факторів на будову и параметри ПЕШ. Вплив електролитiв (iндифеpентних i неiндифеpентних) на ПЕШ. Вплив pН на ПЕШ. Вплив темпеpатуpи, розбавлення i концентрування, пpиpоди диспеpсiйного середовища.
Тема 5 Стійкість і коагуляція дисперсних систем.

Лекція 18. Агpегативна i седиментацiйна стiйкiсть дисперсних систем. Кінетичний хаpактеp агpегативної стiйкостi дисперсних систем. Кінетика коагуляції колоїдних pозчинiв. Повільна i швидка коагуляція, кінетика швидкої коагуляції за Смолуховським, повільної - за Фуксом.

Лекція 19. Коагуляція золів електpолiтами. Поpiг коагуляції. Правило Шульце-Гаpдi.

Фізична теоpiя стiйкостi i коагуляції ДЛФО. Розклинюючий тиск та його складові - молекуляpна, електpостатична, стpуктуpна, стpуктуpно-механiчна, стеpична. Енеpгiя притягання між поверхнями.



Лекція 20. Енеpгiя електростатичного відштовхування між поверхнями. Енеpгiя взаємодії між часточками. Потенціальний баp’єp i потенцiальнi мiнiмуми - первинний i вторинний. Концентpацiйна i нейтpалiзацiйна коагуляцiя. Особливості коагуляції електролітами з полiзаpядними пpотиiонами. Коагуляція під дією сумiшi електpолiтiв.

Стpуктуpна, стpуктуpно-механiчна та стерична складові pозклинюючого тиску. Вплив високомолекулярних сполук на стiйкiсть дисперсних систем. Флокуляція.



Тема 6 . Структуроутворення у дисперсних системах. Реологія.

Лекція 21 Реологія - наука про дефоpмацiю. Феноменологія стpуктуpоутвоpення в дисперсних системах. Види мiжчасточкових контактів i типи стpуктуp – коагуляцій ні та конденсацiйно-кpисталiзацiйнi. Тиксотpопiя. Синеpезис.

Лекція 22.

Реологiчнi моделі. Тіла Гука, Ньютона, Сен-Венана - Кулона, Кельвiна, Максвела, Шведова, Бiнгама. Основні pеологiчнi паpаметpи. Релаксація напруження i дефоpмацiї. В’язкість золів. Закон Ейнштейна. Аномалії в’язкості. В’язкість стpуктуpованих систем - piвняння Бiнгама.



Тема 6 Оптичні властивості дисперсних систем

Лекція 23. Оптичні властивості дисперсних систем. Розсіювання світла дисперсними системами. Ефект Тiндаля. Теоpiя Релея. Гpаницi застосування теоpiї. Iндикатpиси pозсiювання світла - дiагpами Мi. Особливості pозсiювання світла дисперсними системами з часточками, що поглинають світло, а також з такими, що поводять струм. Забарвлення "білих" золів.

Лекція 24. Поглинення світла в дисперсних системах. Фіктивна абсоpбцiя.

Оптичні методи дослідження дисперсних систем - нефелометpiя, ультpамiкpоскопiя. Метод "спектру каламутності".


Тема 7 Молекулярно-кінетичні властивості дисперсних систем.

Лекція 25. Тепловий pух молекул i молекуляpно-кiнетичнi властивості дисперсних систем. Бpоунiвський pух i дифузія. Теоpiя бpоунiвського руху. Рівняння Ейнштейна- Смолуховського. Закони дифузії. Рівняння Фiка. Теоpiя дифузії. Коефiцiєнт дифузії, piвняння Смолуховського. Застосування молекуляpно-кiнетичних piвнянь для дисперсних систем. Осмотичний тиск колоїдних pозчинiв.

Лекція 26. Седиментаційний i дифузійний потоки. Седиментаційна piвновага. Гiпсометpичний закон. Седиментаційний аналiз. Ультpацентpифуга i її застосування для седиментаційного аналізу.

Завдання для самостійної роботи. Підготовка рефератів за темами:

Колоїдна хімія та нанонаука.

Сучасні методи одержання наносистем – нано волокон, наноплівок, нанотрубок.

Методи дослідження наносистем.

Синтез нано- і мікро кристалітів золота та платини.

Колоїдно-хімічні властивості біологічних наносистем. Біомембрани.

Зміна властивостей систем при зростанні ступеню дисперності.

Мікроемульсії. Краплі мікроемульсій як мікрореактори для хімічних реакцій.

Мікроемульсії як середовище для ферментативних реакцій.

Білки- природні поверхнево-активні речовини.

Поверхневі явища в білкових системах

Використання електрокінетичних явищ.

Нелінійні електрокінетичні явища.

Диелектрофорез.

Обернений осмос.

Електроосмос в мікро і нанорозмірних системах.

Електроповерхневі явища при формуванні наноструктурованих покриттів з використанням техніки ЛенгмюраБлоджет.

Електрофоретичні композиційні покриття



Контрольні запитання до змістового модуля 1 (VIІ СЕМЕСТР)

    1. Що вивчає колоїдна хімія?

    2. Які ознаки колоїдних систем?

    3. Що називається дисперсною системою?

    4. Що таке поверхнева енергія, чим вона визначається?

    5. Чим пояснюється термодинамічна нестійкість колоїдних систем.

    6. Як впливає розмір частинок на властивості системи?

    7. Що таке ступінь дисперсності, показник дисперсності?

    8. Як пов’язані між собою дисперсність та питома поверхня?

    9. Що являє собою капілярний тиск? Напишіть рівняння Лапласа.

    10. Які властивості систем описуються рівняннями Томсона –Кельвіна та Гіббса-Фрейдліха-Освальда?

    11. За якими ознаками можна класифікувати дисперсні системи?

    12. Які системи належать до зв’язанодисперсних систем?

    13. Дайте характеристику диспергаційних методів .

    14. Чому дорівнює робота диспергування? як вона залежить від розмірів частинок?

    15. В чому полягають ефекти Ребіндера?

    16. Які речовини можуть бути знижувачами міцності?

    17. Поясніть можливість самодовільного диспергування ліофільних систем.

    18. Які розміри частинок можна одержати конденсаційними методами? Як впливають умови проведення конденсації на розмір частинок?

    19. Які типи хімічних реакцій застосовуються при конденсаційному одержанні гідро золів? Наведіть приклади.

    20. Що таке зародок критичного розміру (критичний зародок)?

    21. Чому дорівнює робота утворення критичного зародку?

    22. Що таке пептизація? чому вона можлива тільки для щойно утворених осадів?

    23. Які процеси протікають в щойно утвореній дисперсній системі ?

    24. Назвіть основні методи очищення дисперсних систем.

    25. Що таке поверхневий натяг і в яких одиницях він вимірюється?

    26. Як залежить поверхневий натяг від природи речовини, що складає поверхню?

    27. Які методи використовуються для визначення поверхневого натягу рідин?

    28. Як і чому поверхневий натяг тіл залежить від температури?

    29. За яким рівнянням можна розрахувати повну поверхневу енергію?

    30. Що називають адгезією та змочуванням?

    31. Як впливає природа твердого тіла та рідини на змочування та адгезію?

    32. Що таке кути натікання та відтікання. Як можна знайти рівноважний крайовий кут?

    33. Як впливає неоднорідність та шорсткість твердих поверхонь на їх змочування та адгезію?

    34. Як впливає кривизна поверхні та природа рідини на її внутрішній тиск? Які причини підняття (опускання) рідини у капілярах?

    35. Що називається адсорбцією та як її кількісно характеризують?

    36. Напишіть фундаментальне адсорбційне рівняння Гіббса та дайте визначення надлишкової адсорбції.

    37. Яке співвідношення між надлишковою Г та абсолютною А адсорбцією?

    38. Що таке поверхнева активність? Які речовини називаються поверхнево-активними?

    39. Чим відрізняється адсорбція із розчинів від адсорбції газів та пари?

    40. Які рівняння використовують для опису стану газоподібних адсорбційних плівок? Як в них враховуються власні розміри молекул та взаємодія між ними?

    41. Сформулюйте правило Дюкло-Траубе та поясніть його фізичний зміст.

Контрольні запитання та завдання до змістового модуля 2 (VIІ СЕМЕСТР)

  1. Які механізми виникнення ПЕШ вам відомі?

  2. Сформулюйте правила Панета-Фаянса.

  3. Що таке іонний обмін, яким рівнянням він описується?

  4. Від чого залежить величина поверхневого потенціалу?

  5. Яка величина характеризує товщину ПЕШ? Від чого вона залежить?

  6. Як змінюється потенціал при віддалені від поверхні в теорії Гуї-Чепмена?

  7. Як пов’язані поверхневий потенціал і заряд в теорії Гуї-Чепмена?

  8. Що таке потенціал специфічної адсорбції?

  9. Який радіус дії сил специфічної адсорбції і електричної взаємодії?

  10. Яку інформацію дає написання будови міцел ліофобних золів у вигляді формул?

  11. Що таке агрегативна стійкість? Як вона пов’язана з седиментаційною?

  12. Яка коагуляція називається повільною; швидкою?

  13. Як основні припущення і висновки теорії Смолуховського для швидкої коагуляції?

  14. Що таке поріг коагуляції?

  15. Від чого залежить ефективність зіткнень між частинками?

  16. Сформулюйте правило Шульце-Гарді.

  17. Що таке розклинюючий тиск?

  18. Які складові розклинюючого тиску є універсальними?

  19. Які системи називають іоностабілізованими?

  20. Як теорія ДЕФО пояснює коагуляцію електролітами?

  21. Від яких параметрів ПЕШ залежить стійкість іоностабілізованих дисперсних систем.

  22. Поясніть нейтралізаційний і концентраційний механізми коагуляції.

  23. В яких системах проявляється структурна складова розклинюючого тиску?

  24. Як впливає на агрегативну стійкість дисперсних систем додавання ПАР?

  25. Що таке сенсибілізація, флокуляція, стерична стабілізація?

  26. Які причини виникнення структур у дисперсних системах?

  27. Назвіть найпростіші ідеальні реологічні моделі.

  28. Яка реологічна модель ілюструє властивості систем в’язкого пружної рідини?

  29. Яка реологічна модель ілюструє еластичність?

  30. Яка реологічна модель ілюструє пластичні властивості дисперсних систем?

  31. Якими параметрами характеризують міцність структур?

  32. Назвіть два основних типи структур дисперсних систем.

  33. Які рідини називаються н’ютоновськими? Напишіть рівняння Ньютона течії рідин.

  34. Намалюйте криві течії і ефективної в'язкості для структурованих систем.

  35. Які зміни відбуваються в системах з коагуляційною структурою при зростанні напруження? Поясните явище повзучості.

  36. Що являють собою явища тиксотропії і реопексії?

  37. Яке рівняння виражає залежність в'язкості рідких агрегативностійких дисперсних систем від концентрації дисперсної фази?

Література

Основна

  1. Мчедлов-Петросян М.О Коллоидна хімія. Харків 2010, 500с.

  2. Фролов Ю.Г. Курс коллоидной химии. – М.;1982.

  3. Фридрихсберг Д.А. Курс коллоидной химии. - Л.; 1984.

  4. Воюцкий С.С. Курс коллоидной химии. - М.; 1975.



Додаткова


  1. Зимон А.Д., Лещенко Н.Ф. Коллоидная химия.- М; 2001

  2. Адамсон А.А. Физическая химия поверхностей. – М., 1979

  3. Ребиндер П.А. Поверхностные явления в дисперсных системах. Физико-химическая механика. – М., 1979.

  4. Сумм Б.Д., Горюнов Ю.В. Физико-химические основы смачивания и растекания.–М., 1976.

  5. К. Холмберг, Б.Йенссон, Б.Кронберг, Б. Линдман. Поверхностно-активные вещества и полимеры в водных растворах. Москва, БИНОМ. Лаборатория знаний 2007, 528с.

  6. Коллоидно-химические основы нанонауки / Под ред. А.П. Шпака и З.Р. Ульберг. – К., 2005.

  7. Сергеев Г.Б. Нанохимия.-М.: Изд МГУ, 2003. -288с.

  8. Р.Э Непман Диалектика науки о коллоидах .- Изд Воронежского университета: 1989



ТИПОВІ ЗАВДАННЯ БЛІЦ – ОПИТУВАННЯ (За наявності)

1. ОПТИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ДИСПЕРСНИХ СИСТЕМ

1.1. План колоквiуму

Явища, що виникають при взаємодії світла з дисперсними системами. Розсіювання світла. Явище Фарадея-Тіндаля. Теорія розсіювання світла Релея. Поляризація світла при розсіюванні. Діаграми Мі. Поглинання світла дисперсними системами. “Білі золі”. Фіктивна абсорбція світла, закон Бугера-Ламберта-Бера для дисперсних систем. Забарвлення дисперсних систем. Дихроїзм забарвлення “білих” золів. Особливості оптичних властивостей золів металів.

Оптичні методи дослідження дисперсних систем. Ультрамікроскопія, турбодиметрія, нефелометрія. Метод спектра каламутності. Дисперсійний аналіз з використанням оптичних методів дослідження.

Кінетичні властивості дисперсних систем. Дифузія, її основні закони. Коефіцієнт дифузії. Закон Ейнштейна. Броунівський рух. Закон Ейнштейна-Смолуховського.

Седиментація. Закономірності седиментації в гравітаційному та відцентровому полях. Методи седиментаційного аналізу. Седиментаційні криві та їх розрахунок для визначення фракційного складу системи. Характеристика полідисперсних систем за розмірами - гістограми, інтегральні та диференціальні криві розподілу. Середній розмір часточок.

Седиментаційний та дифузійний потоки. Дифузійно-седиментаційна рівновага. Гіпсометричний закон Лапласа. Седиментаційна стійкість дисперсних систем.

Осмотичний тиск дисперсних систем. Мембранна рівновага Доннана.


2. МОЛЕКУЛЯРНО-КІНЕТИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ДИСПЕРСНИХ СИСТЕМ

Термодинаміка поверхневих явищ. Метод надлишкових величин. Вільна поверхнева енергія та поверхневий натяг. Методи вимірювання та властивості поверхневого натягу на межі поділу рідина - газ. Капілярний тиск.

Поверхневий натяг розчинів. Рівняння Гіббса. Поверхнево-активні речовини. Поверхнева активність. Правило Траубе. Рівняння Шишковського. Перехід від ізотерми поверхневого натягу до ізотерми адсорбції. Рівняння Ленгмюра.

Поверхневі плівки нерозчинних дифільних молекул на поверхні води. Терези Ленгмюра. Агрегатний стан плівок. Рівняння двовимірного газоподібного стану. Ізотерми стану плівок. Розташування дифільних молекул на поверхні поділу вода - повітря. Визначення розміру дифільних молекул із величини граничної адсорбції та з ізотерми стану плівки.

Робота когезії та адгезії. Явище змочування. Крайовий кут змочування. Рівняння Дюпре-Юнга. Теплота змочування. Гістерезис змочування. Методи вимірювання крайового кута змочування. Вибіркове змочування. Гідрофільність та гідрофобність поверхні твердого тіла.

Адсорбція на границі поділу тверде тіло - рідкий розчин.

Молекулярна адсорбція із розчинів. Правило вирівнювання полярностей. Основні закономірності адсорбції дифільних молекул із розчинів - вплив хімічної природи поверхні (її гідрофільності чи гідрофобності), розмірів пор адсорбенту, температури та розчинності речовини.

Адсорбція електролітів із водних розчинів на поверхнях твердих тіл. Первинна адсорбція іонів, що визначають потенціал. Правило Панета-Фаянса. Первинна адсорбція протиіонів. Утворення подвійного електричного шару. Вторинна адсорбція протиіонів - іонний обмін. Рівняння Нікольського. Основні закономірності іонообмінної адсорбції .


3. ДОБУВАННЯ ТА ОЧИЩЕННЯ ДИСПЕРСНИХ СИСТЕМ

3.1. План колоквіуму

Методи добування дисперсних систем.

Диспергаційні методи, Робота диспергування. Адсорбційне зниження міцності - ефект Ребіндера. Методи диспергування - механічні, електричні, акустичні. Довільне диспергування.

Пептизація.

Кондесаційні методи. Фізична та хімічна конденсація. Дві стадії утворення нової фази з перенасичених розчинів. Гомогенне та гетерогенне зародкоутворення. Кінетика утворення нової фази. Шляхи регулювання дисперсності при конденсаційному утворенні нової фази.

Приклади добування ліозолів.

Процеси старіння в дисперсних системах.

Методи очищення дисперсних систем. Діаліз. Електродіаліз. Ультрафільтрування.
4. ПОДВІЙНИЙ ЕЛЕКТРИЧНИЙ ШАР. ЕЛЕКТРОКІНЕТИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ДИСПЕРСНИХ СИСТЕМ

4.1. План колоквіуму

Механізми утворення ПЕШ на межі поділу тверде тіло - рідина.

Утворення ПЕШ за рахунок первинної адсорбції іонів, що обумовлюють потенціал, та протиіонів. Правило Панета-Фаянса. Вторинна адсорбція протиіонів - іонний обмін. Рівняння Нікольського.

Електричні потенціали в системі тверде тіло - рідина. Різниця потенціалів між фазами, рівняння Нернста. Поверхневий потенціал. Точка нульового заряду..

Теорії будови іонного ПЕШ. Теорія молекулярного конденсатора Гельмгольца - Перрена. Теорія дифузного ПЕШ Гуї - Чепмена. Теорія Штерна. Адсорбційний (штернівський) потенціал. Зв’язок між густиною поверхневого заряду та поверхневим потенціалом. Еквівалентна товщина дифузної частини ПЕШ.

Будова міцел ліофобних золів.

Електрокінетичні явища., електрокінетичний потенціал. Елементарна теорія електрофорезу та електроосмосу. Електрофоретичне та релаксаційне гальмування. Поверхнева провідність. Методи визначення електрокінетичного потенціалу.

Вплив індиферентних і неіндиферентних електролітів на ПЕШ та потенціали ПЕШ. Ізоелектричні точки системи. Явище перезарядки.

5. СТІЙКІСТЬ ТА КОАГУЛЯЦІЯ ЛІОФОБНИХ ЗОЛІВ

5.1. План колоквіуму

Уявлення про кінетичну природу стійкості дисперсних систем. Седиметаційна та агрегативна стійкість дисперсних систем. Повільна та швидка коагуляція. Коагуляція під впливом електролітів. Поріг швидкої коагуляції. Основні закономірності електролітної коагуляції - правило Шульце-Гарді.

Уявлення про розклинюючий тиск, його складові.

Фізична теорія стійкості та коагуляції іоностабілізованих дисперсних систем - теорія ДЛФО. Молекулярна та електростатична складові розклинюючого тиску. Потенціальні криві взаємодії часточок; потенціальний бар’єр. Критерій швидкої коагуляції. Механізми електролітної коагуляції - концентраційний та нейтралізаційний.

Кінетика швидкої коагуляції за Смолуховським. Елементи теорії повільної коагуляції за Фуксом. Коефіціент уповільнення.

Особливості коагуляції під впливом електролітів з багатозарядними протиіонами. Коагуляція під дією суміші електролітів. Гетерокоагуляція, взаємна коагуляція як її частковий випадок. Адагуляція.

Структурна, структурно-механічна та стерична складові розклинюючого тиску. Сенсибілізація та флокуляція.


6. ГРУБОДИСПЕРСНІ СИСТЕМИ. РОЗЧИНИ КОЛОЇДНИХ ПОВЕРХНЕВО-АКТИВНИХ РЕЧОВИН
6.1. План колоквіуму

Аерозолі. Класифікація. Властивості - оптичні, молекулярно-кінетичні, електричні. Методи добування та руйнування аерозолів.

Суспензії, їхні властивості. Порівняння суспензій з ліозолями. Пасти.

Емульсії. Класифікація. Методи добування. Емульгатори - розчинні та тверді. Гідрофільно-ліпрофільний баланс. Агрегативна стійкість емульсій та її фактори - електричний, структурний, структурно-механічний, стеричний (ентропійний). Обернення фаз емульсій. Руйнування емульсій.

Піни. Класифікація. Методи добування. Піноутворювачі. Агрегативна стійкість та її фактори - Гіббса, структурно-механічний, термодинамічний. Методи добування та руйнування пін. Піногасники.

Тверді піни. Піноматеріали. Пінопласти. Пінобетон.

Класифікація поверхнево-активних речовин. Міцелоутворення в розчинах колоїдних ПАР. Термодинаміка міцелоутворення. Форми міцел. Критична концентрація міцелоутворення, методи її визначення. Солюбілізація та обернена солюбілізація. Мила як напівколоїди. Миюча дія.
7. РЕОЛОГІЯ ТА СТРУКТУРНО-МЕХАНІЧНІ

ВЛАСТИВОСТІ ДИСПЕРСНИХ СИСТЕМ

7.1. План колоквіуму

Реологія як наука про деформацію тіл. Види деформації. Деформація зсуву. Напруження зсуву. Прості реологічні моделі - тіла Гука, Ньютона та Сен-Венана - Кулона. Складні реологічні моделі - тіла Максвела, Кельвіна, Шведова.

Виникнення та розвиток просторових структур у дисперсних системах. Природа контактів між часточками в системах з рідким дисперсійним середовищем. Коагуляційні та конденсаційно-кристалізаційні структури. Властивості коагуляційних структур – тиксотропія, реопексія та синерезис. Ксерогелі.

Рідини та рідиноподібні тіла. Ньтонівські рідини. Закони Ньютона та Пуазейля. Методи визначення в’язкості. Ламінарний та турбулентний режими течії.

В’язкість неструктурованих золів. Закон в’язкості Ейнштейна. Вплив форми часточок та їх сольватації. Електров’язкостний ефект.

Неньютонівські рідини. Псевдопластичність та ділатансія. Деформація та в’язкість структурованих золів. Модель тіла Бінгама. Закон Бінгама.

ЗАВДАННЯ МОДУЛЬНОЇ КОНТРОЛЬНОЇ РОБОТИ

Білет 1


Задача 1 В майонезі діаметр крапель емульсії масла залежить від способу приготування. При ручному збовтуванні він дорівнює 20 мкм, а при машинному перемішуванні – 4 мкм. Визначити дисперсність крапель і питому поверхню дисперсної фази .

Задача 2 Залежність повної поверхневої енергії від температури має вигляд:

Задача 3 Фундаментальне адсорбционє рівняння Гіббса dσ =



Задача 4 При змішуванні розчинів хлориду барію та сульфату натрію (надлишок) утворюються міцели такої будови:

Начало формы

 [BaSO4]mnSO42– | (2n-2x)Na+ | 2xNa+  [BaCl2]mnSO42– | (2n-2x)Na+ | 2xNa+
 [BaSO4]mnBa2+ | (2n-2x)Cl | 2xCl  [BaCl2]mnBa2+ | (n-x)SO42– | xSO42–

Задача 5 Гранична адсорбція бутилового спирту на межі поділу водний розчин – повітря складає 5,98·10-9 кмоль/м2, посадковий майданчик – 2,2·10-19 м2, а поверхнева активність – 220 Дж·м·кмоль-1. Як зміняться ці величини при заміні бутилового спирту як адсорбату на аміловий?

Задача 6 При додаванні малих кількостей хлориду алюмінію (III) до червоного золю золота відбувається коагуляція, проте великі кількості AlCl3 вже не викликають коагуляцію. Як пояснити це явище?

Питання на іспит/залік

ЕКЗАМЕНАЦІЙНИЙ БІЛЕТ № 1 (типовий приклад)

1. Показати зміну величини коефіцієнту дифузії часточок барвника в воді при додаванні до нього диспергатору, якщо діаметр часточок барвника без диспергатора 32·10–8 см, а з диспергатором 19,2·10–8 см. В’язкість води при 25°С становить 0,009 пуаз.

2. На поверхню води нанесли 0,0061 г олеінової кислоти С17Н33СООН розчиненої в бензолі. Після випаровування бензолу олеїнова кислота рівномірно розподілилася на поверхні води, утворивши мономолекулярний шар площею 2,9 м2. Яку площу займає молекула олеїнової кислоти в насиченому моношарі на межі вода - повітря?

3. Гідрозоль CaCO3 добуто при добавлянні розчину карбонату натрію до надлишку нітрату кальцію. Нарисуйте графік залежності потенціалу золю від концентрації K2SO4.

4. Дайте повну реологічну характеристику наведеної моделі у координатах деформація – час.

ЕКЗАМЕНАЦІЙНИЙ БІЛЕТ № 3(типовий приклад)

1. Зміщення часточки, що знаходиться в броунівському русі­, в повітрі в 8 разів більше ніж у воді, а в водні в 15 разів більше ніж у воді. Визначити в’язкість повітря та водню, якщо в’язкість води становить 0,01 пуаз.

2. Знайдіть площу, що припадає на одну молекулу в насиченому адсорбційному шарі аніліну на межі його водного розчину з повітрям, якщо гранична адсорбція аніліну становить 6 10-6 моль/м2.

3. Золь Al(OH)3 має негативний заряд. Нарисуйте графік залежності - потенціалу золя від концентрації HNO3..



4. Нарисуйте реологічну характеристику у координатах деформація - час при накладанні і зніманні постійного напруження зсуву тіла, модель якого наведена нижче.

1 Розробляється лектором. Робоча програма навчальної дисципліни розглядається на засіданні кафедри (циклової комісії – для коледжів), науково-методичної комісії факультету/інституту (раді навчального закладу - коледжу), підписується завідувачем кафедри (головою циклової комісії), головою науково-методичної комісії факультету/інституту (головою ради) і затверджується заступником декана/директора інституту з навчальної роботи (заступником директора коледжу).

2 Зазначається загальна кількість годин, які виділено на дану дисципліну згідно навчального плану відповідного освітньо-кваліфікаційного рівня.

3 кредитів ECTS – кредит кратний 36 годинам (Наприклад, 3 кредити ECTS відповідає 108 год.).

4 Див. Положення про порядок оцінювання знань студентів при кредитно-модульній системі організації навчального процесу від 1 жовтня 2010 року, а також Розпорядження ректора «Про методику розрахунку підсумкової оцінки дисциплін, які читаються два і більше семестри» від 29 вересня 2010 року


База даних захищена авторським правом ©lecture.in.ua 2016
звернутися до адміністрації

    Головна сторінка