Fyzikální koloidní chemie je věda, která studuje chemické a fyzikální vlastnosti povrchových jevů a disperzních systémů.
Definice
Fyzikoloidní chemie je spojena s disperzísystémy. Pod nimi je obvyklé rozumět takové stavy, ve kterých je jedna nebo více látek v rozptýleném (rozdrceném) stavu hmotností druhé látky. Fragmentovaná fáze se označuje jako disperzní fáze. Disperzní médium je médium, ve kterém je dispergovaná fáze ve fragmentované formě.
Adsorpce a povrchové jevy
Fyzikální koloidní chemie uvažuje povrchové jevy, které se vyskytují na rozhraní disperzních systémů.
Mezi nimi si všimneme:
- smáčení;
- povrchové napětí;
- adsorpce.
Fyzikoloidní chemické analýzy důležitétechnické procesy související s čištěním odpadních vod a vzduchu, zpracováním nerostů, svařováním kovů, lakováním různých povrchů, mazáním, čištěním povrchů.
Povrchové napětí
Vysvětluje organická a fyzikální koloidní chemiejevy vyskytující se na rozhraní. Pojďme analyzovat systém, který se skládá z plynu a kapaliny. Na molekulu, která je uvnitř systému, působí přitažlivé síly ze strany nejbližších molekul. Síly jsou vyvíjeny i na molekulu, která se nachází na povrchu, ale nejsou kompenzovány.
Důvodem je, že v plynném stavuvzdálenosti mezi molekulami jsou dostatečně velké, síly jsou prakticky minimální. Vnitřní tlak se snaží vtáhnout hluboko do molekuly kapaliny a v důsledku toho dochází ke stlačení.
Chcete-li vytvořit nové rozhraní, doNapříklad při natahování do fólie je nutné provádět práci proti vnitřnímu tlaku. Mezi vynaloženou energií a vnitřním tlakem existuje přímý vztah. Energie soustředěná v molekulách umístěných na povrchu je považována za volnou povrchovou energii.
Základy termodynamiky
Mezi hlavní úkoly fyzikální koloidní chemie patří výpočty pomocí termodynamických rovnic. V závislosti na uvažované reakci je možné určit možnost jejího samovolného výskytu.
Vlivem nestability termodynamických systémů dochází k procesům, které jsou spojeny se zvětšováním částic, doprovázeným poklesem rozhraní.
Důvody změny termodynamického stavu
Jaké faktory ovlivňují hodnotu povrchového napětí?
V první řadě je důležité vyzdvihnout povahu látek.Velikost povrchového napětí přímo souvisí s vlastnostmi kondenzované fáze. S nárůstem polarity vazby v látce dochází ke zvýšení tahové síly.
Stav na rozhraní je také ovlivněn teplotou. V případě jejího nárůstu klesají síly působící mezi jednotlivými částicemi v látce.
Koncentrace látek rozpuštěných v analyzované kapalině také ovlivňuje stav termodynamického systému.
Existují dva druhy látek.SIV (surfaktanty neaktivní látky) zvyšují napětí roztoku ve srovnání s ideálním rozpouštědlem. Tyto látky jsou silné elektrolyty. Povrchově aktivní látky (tenzidy) snižují napětí na rozhraní ve výsledném roztoku. S nárůstem těchto látek v roztoku je pozorována jejich koncentrace v povrchové vrstvě roztoku. Polární organické sloučeniny jsou kyseliny, alkoholy. Obsahují polární skupiny (amino, karboxy, hydroxo) a také nepolární uhlovodíkový řetězec.
Sorpční vlastnosti
Fyzikální koloidní chemie (SPO) zahrnuje sekci,týkající se sorpčních procesů. Adsorpce je proces samovolné změny koncentrace látek v povrchové vrstvě vzhledem k jejich množství v objemu fází.
Adsorbent je látka na povrchukterá je uložena. Adsorpční látka je látka schopná srážení. Adsorbát je vysrážená látka. Desorpce je obrácený proces adsorpce.
Typy sorpce
Učitel fyzikální koloidní chemie mluví odva typy adsorpce. V případě fyzikální depozice se uvolňuje malé množství energie, které je srovnatelné s kondenzačním teplem. Tento proces je reverzibilní. Jak teplota stoupá, adsorpce klesá a rychlost zpětného procesu (desorpce) se zvyšuje.
Chemická verze adsorpce je nevratná, spovrch neopouští adsorpční, ale povrchovou sloučeninu. Při chemisorpci je teplo vysoké, je úměrné velikosti tepelného účinku chemické reakce. Se zvýšením teplotního indexu se zvyšuje chemisorpce a zvyšuje se interakce mezi látkami.
Jako příklad chemisorpce si všimneme adsorpcepovrch kovového kyslíku ze vzduchu, je studován fyzikální koloidní chemií. Problémy a řešení jsou často spojeny s určením velikosti napětí, ke kterému dochází na rozhraní mezi dvěma médii.
Kvantitativně popsat výraznýadsorpce, používá se absolutní adsorpce. Charakterizuje množství adsorbátu (v mol) na jednotku plochy odebraného adsorbentu. Plány fyzikální chemie koloidů zahrnují kvantitativní stanovení této hodnoty.
Charakteristika adsorbentů
Zvláštní pozornost je věnována fyzikální a koloidní chemiise věnuje rozboru typů adsorbentů, jejich praktické aplikaci. V závislosti na velikosti povrchu adsorbentu je možné různé množství adsorbované látky. Nejúčinnějšími adsorbenty jsou látky s vyvinutým povrchem: koloidy, prášky, porézní činidla.
Jako hlavní kvantitativní charakteristikyadsorbenty emitují specifický povrch a objemovou poréznost. První hodnota ukazuje poměr povrchu adsorbentu k hmotnosti. Druhá charakteristika předpokládá zvláštnosti její struktury.
V koloidní chemii se rozlišují dva typy.adsorbenty. Neporézní látky jsou tvořeny pevnými částicemi, které při těsném zabalení tvoří porézní strukturu „práškové membrány“. Prostory mezi zrny látky působí jako póry mezi nimi. Struktura může mít mikro- nebo makroporézní strukturu. Porézní adsorbenty jsou struktury, které se skládají ze zrn s vnitřní porézností.
Ve fyzikální chemii je věnována zvláštní pozornostcharakteristiky hrubě rozptýlených systémů. Jsou to práškové kompozice, které jsou tvořeny z práškových zrn jejich lisováním nebo těsným balením do zkumavek. Výsledné systémy mají určité termodynamické charakteristiky, jejichž studium je hlavním úkolem fyzikální koloidní chemie.
Existuje další členění procesu (s přihlédnutím kpovaha adsorpce) na iontové, molekulární, koloidní adsorpci. Molekulární proces je spojen s roztoky slabých elektrolytů nebo dielektrik. K adsorpci rozpuštěných látek dochází na povrchu pevného adsorbentu.
Část aktivních míst na povrchu adsorbentu je obsazena molekulami rozpouštědla. Během procesu depozice jsou molekuly rozpouštědla a adsorpční látky konkurenty.
Závěr
Důležitá je fyzikální a koloidní chemiesekce chemie. Vysvětlují hlavní procesy probíhající v roztocích, umožňují vypočítat množství tepla uvolněného (absorbovaného) při tvorbě nových látek. Hlavním zákonem používaným v kvantitativních výpočtech je Hessův zákon. Spojuje několik termodynamických vlastností látek: entalpie, entropie, energie. Termodynamický proces vzniku složitých látek z jednoduchých (výchozích) složek lze uvažovat z hlediska Hessova zákona. Provedené výpočty nám umožňují určit efektivitu procesu.
