Fysikaalinen kolloidikemia on tiedettä, joka tutkii pintailmiöiden ja hajautettujen järjestelmien kemiallisia ja fysikaalisia ominaisuuksia.
määritellä
Fysikoloidikemia liittyy dispergoituneeseenjärjestelmät. Niiden alla on tapana ymmärtää sellaiset tilat, joissa yksi tai useampi aine on dispergoituneessa (murskatussa) tilassa toisen aineen massan mukaan. Fragmentoitunutta faasia kutsutaan dispergoituneeksi faasiksi. Dispersioväliaine on väliaine, jossa dispergoitu faasi on fragmentoituneessa muodossa.
Adsorptio ja pintailmiöt
Fysikaalisessa kolloidikemiassa tarkastellaan pintailmiöitä, joita esiintyy hajautettujen järjestelmien rajapinnalla.
Niiden joukossa huomautamme:
- kostutus;
- pintajännitys;
- adsorptio.
Fysikolloidikemian analyysit ovat tärkeitäjäteveden ja ilman puhdistukseen liittyvät tekniset prosessit, mineraalien käsittely, metallien hitsaus, eri pintojen maalaus, voitelu, pintapuhdistus.
Pintajännitys
Orgaaninen ja fysikaalinen kolloidinen kemia selittäärajapinnassa esiintyviä ilmiöitä. Analysoidaan järjestelmä, joka koostuu kaasusta ja nesteestä. Järjestelmän sisällä olevaan molekyyliin vaikuttavat vetovoimat lähimpien molekyylien puolelta. Pinnalla olevaan molekyyliin kohdistuu myös voimia, mutta niitä ei kompensoida.
Syynä on kaasumaisessa tilassamolekyylien väliset etäisyydet ovat riittävän suuria, voimat ovat käytännössä minimaaliset. Sisäinen paine yrittää vetää syvälle nestemolekyyliin, minkä seurauksena tapahtuu puristus.
Voit luoda uuden käyttöliittymänEsimerkiksi venyttämällä kalvoksi on suoritettava työ sisäistä painetta vastaan. Kulutetun energian ja sisäisen paineen välillä on suora yhteys. Pinnalla sijaitseviin molekyyleihin keskittynyttä energiaa pidetään vapaana pintaenergiana.
Termodynamiikan perusteet
Fysikaalisen kolloidikemian päätehtäviin kuuluu laskeminen termodynaamisilla yhtälöillä. Tarkasteltavasta reaktiosta riippuen on mahdollista määrittää sen spontaanin esiintymisen mahdollisuus.
Termodynaamisten järjestelmien epävakauden vuoksi tapahtuu prosesseja, jotka liittyvät hiukkasten laajentumiseen, johon liittyy rajapinnan väheneminen.
Syitä termodynaamisen tilan muuttamiseen
Mitkä tekijät vaikuttavat pintajännitykseen?
Ensinnäkin on tärkeää korostaa aineiden luonnetta.Pintajännityksen suuruus liittyy suoraan kondensoituneen faasin ominaisuuksiin. Kun aineen sidoksen polariteetti kasvaa, jännitysvoima kasvaa.
Rajapinnan tilaan vaikuttaa myös lämpötila. Sen lisääntyessä aineen yksittäisten hiukkasten välillä vaikuttavat voimat pienenevät.
Myös analysoitavaan nesteeseen liuenneiden aineiden pitoisuus vaikuttaa termodynaamisen järjestelmän tilaan.
Aineita on kahdenlaisia.SIV (inaktiiviset pinta-aktiiviset aineet) lisää liuoksen jännitystä ihanteelliseen liuottimeen verrattuna. Nämä aineet ovat vahvoja elektrolyyttejä. Pinta-aktiiviset aineet (surfaktantit) alentavat jännitystä rajapinnalla tuloksena olevassa liuoksessa. Kun näiden aineiden määrä liuoksessa lisääntyy, niiden pitoisuus havaitaan liuoksen pintakerroksessa. Polaariset orgaaniset yhdisteet ovat happoja, alkoholeja. Ne sisältävät polaarisia ryhmiä (amino, karboksyyli, hydrokso) sekä ei-polaarisen hiilivetyketjun.
Sorptioominaisuudet
Fysikaalinen kolloidikemia (SPO) sisältää osan,koskien sorptioprosesseja. Adsorptio on prosessi, jossa aineiden pitoisuuden pintakerroksessa tapahtuu spontaani muutos suhteessa niiden määrään faasien tilavuudessa.
Adsorbentti on pinnalla oleva ainejoka talletetaan. Adsorptioaine on aine, joka pystyy saostumaan. Adsorbaatti on saostunut aine. Desorptio on adsorption käänteinen prosessi.
Sorptiotyypit
Fysikaalisen kolloidikemian opettaja puhuukaksi adsorptiotyyppiä. Fysikaalisen laskeuman tapauksessa vapautuu pieni määrä energiaa, joka on verrattavissa kondensaatiolämpöön. Tämä prosessi on palautuva. Lämpötilan noustessa adsorptio vähenee ja käänteisen prosessin (desorptio) nopeus kasvaa.
Adsorption kemiallinen versio on peruuttamatonpinta ei jätä adsorptiota, vaan pintayhdistettä. Kemisorption aikana lämpö on korkea, se on oikeassa suhteessa kemiallisen reaktion lämpövaikutuksen kokoon. Lämpötilaindeksin noustessa kemisorptio lisääntyy ja aineiden välinen vuorovaikutus lisääntyy.
Esimerkkinä kemisorptiosta huomioimme adsorptionmetallin hapen pintaan ilmasta, sitä tutkitaan fysikaalisella kolloidikemialla. Ongelmia ja ratkaisuja liittyy usein kahden median välisessä rajapinnassa esiintyvän jännityksen suuruuden määrittämiseen.
Kuvaamaan kvantitatiivisesti lausuttuaadsorptio, absoluuttista adsorptiota käytetään. Se kuvaa adsorbaatin määrää (mooleina) otetun adsorbentin pinta-alayksikköä kohti. Fysikaalisen kolloidikemian suunnitelmiin sisältyy tämän arvon kvantitatiivinen määritys.
Adsorbenttien ominaisuudet
Fysikaaliseen ja kolloidiseen kemiaan erityistä huomiotakeskittyy adsorbenttityyppien analysointiin ja niiden käytännön sovelluksiin. Adsorbentin pinnan koosta riippuen eri määrä adsorboitua ainetta on mahdollista. Tehokkaimpina adsorbentteina pidetään aineita, joilla on kehittynyt pinta: kolloidit, jauheet, huokoiset reagenssit.
Pääasiallisina määrällisinä ominaisuuksinaadsorbentit emittoivat ominaispinta-alaa ja tilavuushuokoisuutta. Ensimmäinen arvo osoittaa adsorptioaineen pinnan suhteen massaan. Toinen ominaisuus olettaa sen rakenteen erityispiirteet.
Kolloidisessa kemiassa on kahta tyyppiä.adsorbentit. Ei-huokoiset aineet syntyvät kiinteistä hiukkasista, jotka muodostavat tiiviisti pakattuna "jauhekalvon" huokoisen rakenteen. Aineen rakeiden väliset tilat toimivat huokosina niiden välillä. Rakenteella voi olla mikro- tai makrohuokoinen rakenne. Huokoiset adsorbentit ovat rakenteita, jotka koostuvat rakeista, joilla on sisäinen huokoisuus.
Fysikaalisessa kemiassa kiinnitetään erityistä huomiotakarkeasti hajallaan olevien järjestelmien ominaisuudet. Ne ovat jauhekoostumuksia, jotka muodostetaan jauherakeista puristamalla tai pakkaamalla ne tiiviisti putkiin. Tuloksena olevilla systeemeillä on tiettyjä termodynaamisia ominaisuuksia, joiden tutkiminen on fysikaalisen kolloidikemian päätehtävä.
Prosessissa on alajako (ottaen huomioonadsorptioaineen luonne) ionisessa, molekyylisessä, kolloidisessa adsorptiossa. Molekyyliprosessi liittyy heikkojen elektrolyyttien tai eristeiden liuoksiin. Liuenneiden aineiden adsorptio tapahtuu kiinteän adsorbentin pinnalla.
Osa adsorbentin pinnan aktiivisista kohdista on liuotinmolekyylien valtaama. Saostusprosessin aikana liuottimen ja adsorptioaineen molekyylit kilpailevat keskenään.
johtopäätös
Fysikaalinen ja kolloidinen kemia ovat tärkeitäkemian osat. Ne selittävät liuoksissa tapahtuvat pääprosessit, mahdollistavat uusien aineiden muodostumisen aikana vapautuneen (absorboituneen) lämmön määrän laskemisen. Kvantitatiivisissa laskelmissa käytetty pääsääntö on Hessin laki. Se yhdistää useita aineille ominaisia termodynaamisia ominaisuuksia: entalpia, entropia, energia. Termodynaamista prosessia monimutkaisten aineiden muodostumisessa yksinkertaisista (alku)komponenteista voidaan tarkastella Hessin lain näkökulmasta. Tehtyjen laskelmien avulla voimme määrittää prosessin tehokkuuden.
