Fiziskā koloīdu ķīmija ir zinātne, kas pēta virsmas parādību un izkliedēto sistēmu ķīmiskās un fizikālās īpašības.
Definīcijas
Fizikoloīdu ķīmija ir saistīta ar izkliedētusistēmām. Saskaņā ar tiem ir pieņemts domāt tādus stāvokļus, kuros viena vai vairākas vielas ir izkliedētā (sasmalcinātā) stāvoklī pēc otrās vielas masas. Sadrumstaloto fāzi sauc par izkliedēto fāzi. Dispersijas vide ir barotne, kurā disperģētā fāze ir fragmentētā formā.
Adsorbcija un virsmas parādības
Fiziskā koloīdu ķīmija ņem vērā virsmas parādības, kas rodas izkliedēto sistēmu saskarnē.
Starp tiem mēs atzīmējam:
- mitrināšana;
- virsmas spraigums;
- adsorbcija.
Fizikoloīdu ķīmija analizē svarīgutehniskie procesi, kas saistīti ar notekūdeņu un gaisa attīrīšanu, minerālu apstrādi, metāla metināšanu, dažādu virsmu krāsošanu, eļļošanu, virsmu tīrīšanu.
Virsmas spraigums
Organiskā un fiziskā koloidālā ķīmija izskaidroparādības, kas rodas saskarnē. Analizēsim sistēmu, kas sastāv no gāzes un šķidruma. Molekulu, kas atrodas sistēmas iekšienē, ietekmē pievilkšanās spēki no tuvāko molekulu sāniem. Spēki tiek iedarbināti arī uz molekulu, kas atrodas uz virsmas, taču tie netiek kompensēti.
Iemesls ir tas, ka gāzveida stāvoklīattālumi starp molekulām ir pietiekami lieli, spēki ir praktiski minimāli. Iekšējais spiediens mēģina ievilkties dziļi šķidruma molekulā, kā rezultātā notiek saspiešana.
Lai izveidotu jaunu saskarni, uzPiemēram, izstiepjoties filmā, ir nepieciešams veikt darbu pret iekšēju spiedienu. Starp iztērēto enerģiju un iekšējo spiedienu pastāv tieša saistība. Enerģija, kas koncentrēta uz virsmas esošajās molekulās, tiek uzskatīta par brīvās virsmas enerģiju.
Termodinamikas pamati
Fiziskās koloidālās ķīmijas galvenie uzdevumi ietver aprēķinu ar termodinamiskiem vienādojumiem. Atkarībā no izskatāmās reakcijas ir iespējams noteikt tās spontānas rašanās iespēju.
Termodinamisko sistēmu nestabilitātes dēļ notiek procesi, kas saistīti ar daļiņu palielināšanos, ko papildina saskarnes samazināšanās.
Iemesli termodinamiskā stāvokļa maiņai
Kādi faktori ietekmē virsmas spraiguma vērtību?
Pirmkārt, ir svarīgi izcelt vielu raksturu.Virsmas sprieguma lielums ir tieši saistīts ar kondensētās fāzes pazīmēm. Palielinoties vielas saites polaritātei, notiek spriedzes spēka palielināšanās.
Stāvokli saskarnē ietekmē arī temperatūra. Tā palielināšanās gadījumā spēki, kas iedarbojas starp atsevišķām vielas daļiņām, samazinās.
Analizētajā šķidrumā izšķīdušo vielu koncentrācija ietekmē arī termodinamiskās sistēmas stāvokli.
Ir divu veidu vielas.SIV (virsmaktīvo vielu neaktīvās vielas) palielina šķīduma spriedzi salīdzinājumā ar ideālo šķīdinātāju. Šīs vielas ir spēcīgi elektrolīti. Virsmaktīvās vielas (virsmaktīvās vielas) samazina iegūto šķīdumu spriedzi saskarnes vietā. Palielinoties šīm vielām šķīdumā, to koncentrācija tiek novērota šķīduma virsmas slānī. Polārie organiskie savienojumi ir skābes, spirti. Tie satur polārās grupas (amino, karboksilgrupu, hidroksigrupu), kā arī nepolāru ogļūdeņražu ķēdi.
Sorbcijas funkcijas
Fiziskā koloīdu ķīmija (SPO) ietver sadaļu,attiecībā uz sorbcijas procesiem. Adsorbcija ir vielu koncentrācijas virsmas slāņa spontānu izmaiņu process attiecībā pret to daudzumu fāžu tilpumā.
Adsorbents ir viela uz virsmaskas tiek deponēts. Adsorbējoša viela ir viela, kas spēj nogulsnēties. Adsorbāts ir nogulsnēta viela. Desorbcija ir reversais adsorbcijas process.
Sorbcijas veidi
Fizisko koloīdu ķīmijas skolotājs runā pardivu veidu adsorbcija. Fiziskās nogulsnēšanās gadījumā tiek atbrīvots neliels enerģijas daudzums, kas ir salīdzināms ar kondensāta siltumu. Šis process ir atgriezenisks. Temperatūrai paaugstinoties, adsorbcija samazinās, un palielinās apgrieztā procesa (desorbcijas) ātrums.
Adsorbcijas ķīmiskā versija ir neatgriezeniska, arvirsma neatstāj adsorbējošu, bet virsmas savienojumu. Chemisorbcijas laikā siltums ir liels, tas ir samērojams ar ķīmiskās reakcijas termiskās iedarbības lielumu. Palielinoties temperatūras indeksam, palielinās hemisorbcija, un mijiedarbība starp vielām palielinās.
Kā hemisorbcijas piemēru mēs atzīmējam adsorbcijumetāla skābekļa virsmu no gaisa, to pēta fizikālā koloidālā ķīmija. Problēmas un risinājumi bieži tiek saistīti ar spriedzes lieluma noteikšanu, kas rodas saskarnē starp diviem nesējiem.
Kvantitatīvi aprakstīt izteiktuadsorbcija, tiek izmantota absolūtā adsorbcija. Tas raksturo adsorbāta daudzumu (molos) uz uzņemtā adsorbenta laukuma vienību. Fiziskās koloīdu ķīmijas plānos ietilpst šīs vērtības kvantitatīva noteikšana.
Adsorbentu raksturojums
Īpaša uzmanība jāpievērš fizikālajai un koloidālajai ķīmijaivelta adsorbentu veidu analīzei, to praktiskai pielietošanai. Atkarībā no adsorbenta virsmas lieluma ir iespējams atšķirīgs adsorbētās vielas daudzums. Visefektīvākie adsorbenti ir vielas ar attīstītu virsmu: koloīdi, pulveri, poraini reaģenti.
Kā galvenie kvantitatīvie raksturlielumiadsorbenti izstaro noteiktu virsmas laukumu un tilpuma porainību. Pirmā vērtība parāda adsorbenta virsmas un masas attiecību. Otrais raksturlielums pieņem tā struktūras īpatnības.
Koloidālajā ķīmijā izšķir divus veidus.adsorbenti. Neporainas vielas rada cietas daļiņas, kas cieši iepakotas, veidojot porainu "pulvera diafragmas" struktūru. Telpas starp vielas graudiem darbojas kā poras starp tām. Struktūrai var būt mikro- vai makroporu struktūra. Porainie adsorbenti ir struktūras, kas sastāv no graudiem ar iekšējo porainību.
Fizikālajā ķīmijā īpaša uzmanība tiek pievērstarupji izkliedētu sistēmu raksturojums. Tie ir pulvera sastāvi, kas tiek veidoti no pulvera graudiem, tos presējot vai cieši iesaiņojot mēģenēs. Iegūtajām sistēmām ir noteiktas termodinamiskās īpašības, kuru izpēte ir fiziskās koloīdu ķīmijas galvenais uzdevums.
Ir procesa apakšnodaļa (ņemot vērāadsorbcijas raksturs) uz jonu, molekulāro, koloidālo adsorbciju. Molekulārais process ir saistīts ar vāju elektrolītu vai dielektriķu šķīdumiem. Izšķīdušo vielu adsorbcija notiek uz cietā adsorbenta virsmas.
Daļu aktīvo vietu uz adsorbenta virsmas aizņem šķīdinātāja molekulas. Nogulsnēšanās procesā šķīdinātāja un adsorbējošās molekulas ir konkurenti.
Secinājums
Fiziskā un koloidālā ķīmija ir svarīgaķīmijas sekcijas. Tie izskaidro galvenos procesus, kas notiek šķīdumos, ļauj aprēķināt atbrīvoto (absorbēto) siltuma daudzumu jaunu vielu veidošanās laikā. Galvenais likums, ko izmanto kvantitatīvajos aprēķinos, ir Hesa likums. Tas savieno vairākas vielām raksturīgās termodinamiskās īpašības: entalpiju, entropiju, enerģiju. No Hesa likuma viedokļa var uzskatīt sarežģītu vielu veidošanās termodinamisko procesu no vienkāršiem (sākotnējiem) komponentiem. Veiktie aprēķini ļauj mums noteikt procesa efektivitāti.
