Fizinė koloidinė chemija yra mokslas, tiriantis paviršiaus reiškinių ir išsklaidytų sistemų chemines ir fizines savybes.
Apibrėžimai
Fizikoloidinė chemija siejama su išsklaidytasistemas. Pagal juos įprasta suprasti tokias būsenas, kuriose viena ar daugiau medžiagų yra išsisklaidžiusioje (susmulkintoje) būsenoje pagal antrosios medžiagos masę. Suskaidyta fazė vadinama disperguota faze. Dispersijos terpė yra terpė, kurioje disperguota fazė yra fragmentiškos formos.
Adsorbcija ir paviršiaus reiškiniai
Fizinėje koloidinėje chemijoje atsižvelgiama į paviršiaus reiškinius, atsirandančius disperguotų sistemų sąsajoje.
Tarp jų pažymime:
- drėkinimas;
- paviršiaus įtempimas;
- adsorbcija.
Fizikoloidų chemijos analizė yra svarbitechniniai procesai, susiję su nuotekų ir oro valymu, mineralų perdirbimu, metalo suvirinimu, įvairių paviršių dažymu, tepimu, paviršiaus valymu.
Paviršiaus įtempimas
Organinė ir fizinė koloidų chemija paaiškinasąsajoje atsirandantys reiškiniai. Panagrinėkime sistemą, susidedančią iš dujų ir skysčio. Molekulę, esančią sistemos viduje, veikia traukos jėgos iš artimiausių molekulių pusės. Jėgos daromos ir ant molekulės, esančios paviršiuje, tačiau jos nėra kompensuojamos.
Priežastis ta, kad yra dujinės būsenosatstumai tarp molekulių yra pakankamai dideli, jėgos praktiškai minimalios. Vidinis slėgis bando giliai įsiskverbti į skystą molekulę, ir dėl to atsiranda suspaudimas.
Norėdami sukurti naują sąsają,Pavyzdžiui, ištempiant į plėvelę, būtina atlikti darbus prieš vidinį spaudimą. Tarp sunaudotos energijos ir vidinio slėgio yra tiesioginis ryšys. Energija, koncentruota paviršiuje esančiose molekulėse, laikoma laisvo paviršiaus energija.
Termodinamikos pagrindai
Pagrindinės fizinės koloidinės chemijos užduotys apima skaičiavimą termodinaminėmis lygtimis. Atsižvelgiant į svarstomą reakciją, galima nustatyti jos savaiminio atsiradimo galimybę.
Dėl termodinaminių sistemų nestabilumo atsiranda procesai, kurie yra susiję su dalelių padidėjimu, kartu su sąsajos sumažėjimu.
Termodinaminės būsenos pasikeitimo priežastys
Kokie veiksniai turi įtakos paviršiaus įtempimui?
Visų pirma svarbu pabrėžti medžiagų pobūdį.Paviršiaus įtempimo dydis yra tiesiogiai susijęs su kondensuotos fazės ypatumais. Padidėjus medžiagos jungties poliškumui, padidėja įtempimo jėga.
Sąsajos būsenai įtakos turi ir temperatūra. Jo padidėjimo metu jėgos, veikiančios tarp atskirų medžiagos dalelių, mažėja.
Tiriamame skystyje ištirpusių medžiagų koncentracija taip pat turi įtakos termodinaminės sistemos būklei.
Yra dviejų rūšių medžiagos.SIV (paviršinio aktyvumo medžiagos neaktyvios medžiagos) padidina tirpalo įtampą, palyginti su idealiu tirpikliu. Šios medžiagos yra stiprūs elektrolitai. Paviršinio aktyvumo medžiagos (paviršinio aktyvumo medžiagos) sumažina susidariusio tirpalo sąsajos įtampą. Padidėjus šių medžiagų kiekiui tirpale, pastebima jų koncentracija paviršiaus tirpalo sluoksnyje. Poliniai organiniai junginiai yra rūgštys, alkoholiai. Juose yra polinės grupės (amino, karboksilo, hidrokso), taip pat nepolinė angliavandenilių grandinė.
Sorbcijos funkcijos
Fizinė koloidų chemija (SPO) apima skyrių,apie sorbcijos procesus. Adsorbcija yra savaiminis medžiagų koncentracijos paviršiaus paviršiaus sluoksnio pokyčių, palyginti su jų kiekiu fazių tūrio procese, procesas.
Adsorbentas yra paviršiuje esanti medžiagakuris deponuojamas. Adsorbcinė yra medžiaga, galinti nusodinti. Adsorbatas yra nusodinta medžiaga. Desorbcija yra atvirkštinis adsorbcijos procesas.
Sorbcijos tipai
Fizinio koloido chemijos mokytoja kalbadviejų rūšių adsorbcija. Fizinio nusėdimo atveju išsiskiria nedidelis energijos kiekis, kuris yra palyginamas su kondensacijos šiluma. Šis procesas yra grįžtamas. Kylant temperatūrai adsorbcija mažėja, o atvirkštinio proceso (desorbcijos) greitis didėja.
Cheminė adsorbcijos versija yra negrįžtama, naudojantpaviršius palieka ne adsorbcinį, o paviršiaus junginį. Chemisorbcijos metu šiluma yra didelė, ji proporcinga cheminės reakcijos šiluminio poveikio dydžiui. Didėjant temperatūros indeksui, didėja chemisorbcija, didėja medžiagų sąveika.
Kaip chemisorbcijos pavyzdį pažymime adsorbcijąmetalo deguonies paviršius iš oro, jis tiriamas fizine koloidine chemija. Problemos ir sprendimai dažnai siejami su įtampos, kylančios dviejų terpių sąsajoje, dydžio nustatymu.
Kiekybiškai apibūdinti tariamąadsorbcija, naudojama absoliuti adsorbcija. Jis apibūdina adsorbato kiekį (moliais) vienam paimto adsorbento ploto vienetui. Fizinės koloidinės chemijos planuose yra kiekybinis šios vertės nustatymas.
Adsorbentų charakteristikos
Ypatingas dėmesys fizinei ir koloidinei chemijaiskiriama adsorbentų tipų analizei, jų praktiniam pritaikymui. Atsižvelgiant į adsorbento paviršiaus dydį, galimas skirtingas adsorbuotos medžiagos kiekis. Veiksmingiausi adsorbentai yra medžiagos su išsivysčiusiu paviršiumi: koloidai, milteliai, akyti reagentai.
Kaip pagrindinės kiekybinės charakteristikosadsorbentai skleidžia specifinį paviršiaus plotą ir tūrinį poringumą. Pirmoji reikšmė rodo adsorbento paviršiaus ir masės santykį. Antroji charakteristika prisiima jos struktūros ypatumus.
Koloidinėje chemijoje išskiriami du tipai.adsorbentai. Neporėtas medžiagas sukuria kietos dalelės, kurios sandariai supakuotos sudaro porėtą „miltelių diafragmos“ struktūrą. Tarpai tarp medžiagos grūdelių veikia kaip poros tarp jų. Struktūra gali turėti mikro- arba makroporinę struktūrą. Porėti adsorbentai yra struktūros, sudarytos iš grūdų, turinčių vidinį poringumą.
Fizinėje chemijoje ypatingas dėmesys skiriamasšiurkščiai išsklaidytų sistemų charakteristikos. Tai yra miltelių kompozicijos, kurios susidaro iš miltelių grūdelių spaudžiant arba sandariai supakuojant jas į vamzdelius. Gautos sistemos pasižymi tam tikromis termodinaminėmis charakteristikomis, kurių tyrimas yra pagrindinis fizinės koloidinės chemijos uždavinys.
Yra proceso padalijimas (atsižvelgiant įadsorbcijos pobūdis) dėl joninės, molekulinės, koloidinės adsorbcijos. Molekulinis procesas yra susijęs su silpnų elektrolitų ar dielektrikų tirpalais. Tirpiųjų medžiagų adsorbcija vyksta ant kieto adsorbento paviršiaus.
Dalį aktyvių vietų adsorbento paviršiuje užima tirpiklio molekulės. Nusodinimo proceso metu tirpiklio ir adsorbcijos molekulės yra konkurentės.
Išvada
Fizinė ir koloidinė chemija yra svarbioschemijos sekcijos. Jie paaiškina pagrindinius procesus, vykstančius tirpaluose, leidžia apskaičiuoti išsiskiriančios (absorbuotos) šilumos kiekį susidarant naujoms medžiagoms. Pagrindinis kiekybiniuose skaičiavimuose naudojamas dėsnis yra Hesso dėsnis. Jis sujungia keletą medžiagoms būdingų termodinaminių charakteristikų: entalpiją, entropiją, energiją. Termodinaminis sudėtingų medžiagų susidarymo iš paprastų (pradinių) komponentų procesas gali būti svarstomas Hesso dėsnio požiūriu. Atlikti skaičiavimai leidžia nustatyti proceso efektyvumą.
