Сборник основных формул по химии для ВУЗов
Шрифт:
Правило Пакета-Пескова-Фаянса: на поверхности кристаллического твердого тела из раствора электролита специфически адсорбируется ион, который способен достраивать его кристаллическую решетку или может образовывать с одним из ионов, входящих в состав кристалла, малорастворимое соединение.
7. Коллоидные (дисперсные) системы
Коллоидной (дисперсной) системой называется гетерогенная система, в которой одна из фаз представлена мелкими частицами, равномерно распределенными в объеме другой однородной фазы. Это ультрамикрогетерогенные системы, состоящие из частиц дисперсной фазы –
Признаки коллоидного состояния вещества – дисперсность и гетерогенность.
Степень дисперсности – величина, обратная среднему диаметру или, для несферических частиц, обратная среднему эквивалентному диаметру d (м– 1):
Удельная поверхность – отношение общей площади поверхности дисперсной фазы SДФ к ее общему объему или к ее массе:
7.1. Классификация и способы получения дисперсных систем
Классификация по агрегатному состоянию фаз
Дисперсной системы, у которой и дисперсная фаза, и дисперсионная среда являются газами, не существует, так как газы неограниченно растворимы друг в друге.
Классификация систем по размеру частиц дисперсной фазы:
1) высокодисперсные, 10– 9_10– 7 м (рубиновое стекло);
2) среднедисперсные, 10– 7_10– 5 м (растворимый кофе);
3) грубодисперсные, > 10– 5 м (капли дождя).
Физическое диспергирование: механическое измельчение с использованием коллоидных мельниц; электрическое распыление веществ; диспергирование ультразвуком и другие методы. Чтобы не дать образовавшимся частицам слипаться, диспергирование производят в присутствии стабилизатора – электролита или вещества, адсорбирующегося на границе раздела фаз (поверхностно-активные вещества).
Химическое диспергирование (пептизация): перевод в коллоидное состояние свежеприготовленного осадка с помощью пептизатора.
Физическая конденсация: 1) метод замены растворителя, который заключается в том, что в истинный раствор вещества добавляется смешивающаяся с растворителем жидкость, в которой само вещество малорастворимо; вследствие понижения растворимости вещества в новом растворителе раствор становится пересыщенным, и часть вещества конденсируется, образуя частицы дисперсной фазы; 2) метод конденсации из паров; исходное вещество находится в паре; при понижении температуры пар становится пересыщенным и частично конденсируется, образуя дисперсную фазу.
Химическая конденсация: любая химическая реакция, в результате которой образуется плохо растворимое соединение; чтобы при этом получить коллоидный раствор, реакцию необходимо вести в разбавленном растворе при небольшой скорости роста частиц, одно из исходных веществ берется в избытке и является стабилизатором.
7.2. Оптические свойства дисперсных систем
При падении света на дисперсную систему могут наблюдаться следующие явления:
прохождение света частицами дисперсной фазы (наблюдается для прозрачных систем, в которых частицы много меньше длины волны падающего света (r << );
преломление света частицами дисперсной фазы (если эти частицы прозрачны);
отражение света частицами дисперсной фазы (если частицы непрозрачны);
преломление и отражение света наблюдается для систем, в которых частицы много больше длины волны падающего света (r >> ). Визуально это явление выражается в мутности этих систем;
рассеяние света наблюдается для систем, в которых частицы дисперсной фазы меньше, но соизмеримы с длиной волны падающего света (r 0,1 );
адсорбция (поглощение) света дисперсной фазой с превращением световой энергии в тепловую.
Уравнение Рэлея:
где I, I0 – интенсивность рассеянного и падающего света; V – объем одной частицы; – частичная концентрация (число частиц в единице объема); – длина волны; n1, n0 – показатели преломления частиц и среды соответственно.
Явление различной окраски коллоидного раствора в проходящем и рассеянном (отраженном) свете называется опалесценцией. В случае окрашенных растворов происходит наложение собственной окраски и окраски, вызванной опалесценцией (явление дихроизма света).
7.3. Молекулярно-кинетические свойства
Для коллоидных систем характерно броуновское движение – непрерывное беспорядочное движение частиц микроскопических и коллоидных размеров. Это движение тем интенсивнее, чем выше температура и чем меньше масса частицы и вязкость дисперсионной среды.
Диффузия – самопроизвольно протекающий процесс выравнивания концентрации частиц.
Закон Фика:
Вследствие большого размера коллоидных частиц диффузия в коллоидных системах замедленна по сравнению с истинными растворами.
Осмотическое давление:
где mобщ – масса растворенного вещества; m – масса одной частицы; V – объем системы; NA – число Авогадро; Т – абсолютная температура; – частичная концентрация; k – постоянная Больцмана.