Реферат: Коллоидная химия и поверхностные явления

Седиментация. Коэффициент Сведберга

Седиментация – это осаждение частиц дисперсной фазы в грубодисперсных системах в поле тяготения. Количественной характеристикой седиментации является коэффициент Сведберга – отношение скорости линейного оседания частицы в радиальном направлении к вызывающему это перемещение центробежному ускорению. 1 S = 10-13 с.

S⁰ _{20, w} = (з_T* (d_ч –))/(з_{20, w*} (d_ч – d)) (19)

з_T – вязкость растворителя при температуре Т, d_ч – плотность частицы, d_{20, w} – плотность воды при 20⁰ С, з_{20, w} – вязкость воды при той же температуре, d – плотность растворителя при температуре Т.

На данном эффекте основан исключительно широко распространённый в биохимических и молекулярно-биологических исследованиях метод центрифугирования.

Оптические свойства коллоидов

Поскольку золь состоит из двух разных фаз, его оптические свойства будут отличаться от оптических свойств истинного раствора.

Главное оптическое явление, наблюдаемое у золей – рассеяние света. Именно в гетерогенных системах оно проявляется особенно сильно, хотя из-за флуктуаций плотностей наблюдается и в истинных гомогенных растворах, хотя в гораздо меньшей степени. На интенсивность рассеянного света оказывает влияние его длина волны: при освещении золя белым светом рассеянный свет богаче коротковолновым излучением, а прошедший – длинноволновым. По теории Релея интенсивность света, рассеиваемого частицей (S₁ ), определяется по формуле

S₁ = (р² (1+cosи)/2l² л⁴ )∙((n² ₁ – n² ₀ )/(n² ₁ + 2n² ₀ ))² ∙V² I₀ (20) – уравнение Релея.

Полная интенсивность света, рассеиваемая частицей во всех направлениях, равна

R₁ = 24р³ л⁴ ∙((n² ₁ – n² ₀ )/(n² ₁ + 2n² ₀ ))² ∙V² I₀ (21)

Мутность системы равна

ф = 24р³ л⁴ ∙((n² ₁ – n² ₀ )/(n² ₁ + 2n² ₀ ))² ∙N₁ V² (22)

Тогда

R_{N 1} = фI₀ (23)

В этих формулах и – угол между направлением падающего пучка и пучка рассеянного света, l – расстояние от сферической частицы при наблюдении рассеяния, V – объём частицы, n₁ и n₀ – показатели применения частицы и среды, N₁ – число частиц в единице объёма.

Если на золь направить луч света и смотреть на раствор перпендикулярно ходу луча, можно увидеть световой конус, созданный лучом в растворе. Это явление – эффект Фарадея – Тиндаля. Он обусловлен рассеянием света на мицеллах.

Опалесценция – это характерное для гетерогенных систем свечение обычно голубоватых оттенков, возникающее вследствие возбуждения электронов атомов при прохождении света через вещество. В гомогенной среде такое излучение гасится интерференцией, поскольку коэффициент светопреломления в каждой точке однородной среды одинаков. В гетерогенной системе имеются участки с различными величинами коэффициента светопреломления, возникающее излучение гасится не полностью.

Поглощение света в коллоидных системах может осуществляться как дисперсной фазой, так и дисперсионной средой. Если дисперсионная среда для света с данной длиной волны прозрачна, поглощение света осуществляется дисперсной фазой.

Тогда закон поглощения света Бугера-Ламберта-Бера имеет вид:

I = I₀ ∙exp (-Elc) (24)

I – интенсивность прошедшего света, I₀ – интенсивность упавшего на вещество света, l – толщина поглощающего слоя, с – концентрация поглощающего свет вещества, Е – постоянная абсорбции, отнесённая к выбранной единице концентрации.

Нефелометрия – это аналитический метод определения концентрации частиц, основанный на измерении интенсивности рассеянного света. В этом методе используется зависимость рассеяния света золем от концентрации частиц в нём.

Ультрамикроскопия – это метод, при котором наблюдается свет, рассеянный одиночными частицами. При помощи ультрамикроскопа можно определять и средней размер частиц золя, и их форму (анизодиаметрические частицы вследствие вращательного броуновского движения мерцают).

Броуновское движение

По теории Эйнштейна-Смолуховского направление и скорость теплового движения коллоидных частиц определяются их столкновениями с молекулами дисперсионной среды. Частица, испытывая удары со всех сторон, движется в ту сторону, с которой результирующая сила ударов меньше.

Броуновское движение вследствие этого беспорядочное, частицы постоянно меняют направление. Интенсивность броуновского движения частиц определяют размер движущихся частиц и температура среды (от неё зависит скорость молекул).

Уравнение Эйнштейна-Смолуховского:

Д² = (2kT/B)∙t(25)