ЛК №11. Тема: Молекулярно-кінетичні та оптичні явища

ЛК №11. Тема: Молекулярно-кінетичні та оптичні явища

План:

1. Молекулярно-кінетичні явища

2. Броунівський рух

3. Дифузія

4. Осмотичний тиск

5. Седиментація

6. Ультрацентрифугування

7. Оптичні властивості

8. Забарвлення колоїдних розчинів

9. Опалесценція

10. Оптичні методи дослідження

11. Контрольні питання

1 Молекулярно-кінетичні явища.

Молекулярно-кінетичні явища – це явища які залежать від величини, форми та інтенсивності руху колоїдних частинок.

Монодисперсні системи – всі частинки однакових розмірів та форми.

Полідисперсні системи – частинки різних розмірів та форми.

2. Броунівський рух

Броунівський рух – безперервний хаотичний рух малих частинок речовини у рідкому або газовому середовищі що спричиняється тепловим рухом молекул. Залежить від розмірів частинок, температури та в’язкості середовища.

Спостерігається для частинок діаметром до 1 мкм. Для частинок діаметром 1 – 5 мкм спостерігається лише коливальний рух відносно центра своєї маси. Для частинок діаметром більше 5 мкм не спостерігається.

Зсув частинки за рахунок Броунівського руху визначається формулою Ейнштейна-Смолуховського:

де:

- час

- коефіцієнт в'язкості

r – радіус частинки

3. Дифузія

Дифузія – це процес довільного переміщення молекул або іонів колоїдних частинок під впливом теплового руху в напрямку вирівнювання їх концентрацій по об’єму дисперсійного середовища. Підпорядковується рівнянням Фіка.

Перше рівняння Фіка: Швидкість дифузії прямо пропорційна площі і градієнту концентрацій.

D – коефіцієнт дифузії це величина, яка дорівнює кількості речовини що переноситься через одиницю площі за одиницю часу при градієнті концентрації одиниці зі знаком мінус.

- дифузійний потік.

Друге рівняння Фіка показує швидкість зміни концентрації в часі.

В колоїдних системах можуть виникати флуктуації.

Флуктуації - це випадкове відхилення якого-небудь параметру від середнього значення. Можна вважати що це явище зворотне дифузії, але вони виникають спонтанно і існують недовготривало.

4. Осмотичний тиск

Для колоїдних систем характерні дві особливості для осмотичного тиску:

1. дуже мале його значення.

P=C_MRT

М – для колоїдних частинок дуже велике.

2. нестійкість осмотичного тиску.

5. Седиментація

Седиментація – осідання частинок дисперсної фази в рідині чи в газі під впливом гравітаційного поля.

Швидкість седиментації залежить від маси, розміру, форми частинок; в’язкості і густини середовища та прискорення вільного падіння.

Наприклад золь срібла з діаметром 200 мкм осідає на 1 см за 0,05 с; 2 мкм – 500с; 20 нм – 58 діб.

На колоїдні частинки діють дві сили:

õ Сила тяжіння яка прагне перемістити частинки на дно

õ Сила дифузії яка прагне вирівняти концентрацію частинок по всьому об’єму.

Тому настає процес седиментаційної рівноваги:

Для монодисперсної системи:

Для полідисперсної складніше.

Існує седиментаційний аналіз який дозволяє встановити розміри частинок та їх відносний вміст.

6. Ультрацентрифугування

Це метод визначення розмірів колоїдних частинок, а також розділення колоїдних систем. Сучасні центрифуги створюють центр обіжну силу в 500 000 раз більше сили прискорення вільного падіння.

7. Оптичні властивості

Оптичні явища – явища зумовлені взаємодією променів світла з частинками колоїдних систем

При падінні світлового променя на дисперсну систему можливі такі ефекти:

1. Проходження світла через систему.

2. заломлення світла частинками системи.

3. Відбивання світла частинками дисперсної фази.

4. Розсіювання світла на частинках дисперсної фази (опалесценція).

5. Поглинання (адсорбція світла) дисперсною фазою з переходом світлової енергії в теплову абр енергію вторинного випромінювання.

8. Забарвлення колоїдних розчинів

Забарвлення колоїдних розчинів пов’язане з поглинанням променів світла їх частинками, воно залежить від природи розчинника і розчиненої речовини, ступеня дисперсності та інтенсивності світла, буває від білого до чорного з усіма відтінками спектра. Для багатьох золів характерна поліхромія – властивість отримувати різне забарвлення залежно від способу приготування. Наприклад грубо дисперсні золі золота мають синє забарвлення, більшої дисперсності – фіолетове, високодисперсні – яскраво-червоне, з наближенням до молекулярної дисперсності – жовте.

Інтенсивність забарвлення золів дуже велика. Наприклад золь золота набуває забарвлення вже при концентрації 10^-4%.

Багато ліофобних колоїдних розчинів мають забарвлення в різні кольори що використовується наприклад для створення кольорового скла.

9. Опалесценція

Опалесценція розсіювання світла колоїдними частинками. Опалесценція причина мутності колоїдних розчинів. Отже мутні розчини містять колоїдні частинки. Явище опалесценції можна пояснити. Колоїдні частинки мають розмір менший довжини світлової хвилі і тому відбувається світлорозсіяння.

Конус Тіндаля – при пропусканні пучка світла збоку на темному фоні зявляється каламутний конус що світиться. Істинні розчини цього ефекту не дають.

Але коротковолнові хвилі розсіюються сильніше ніж хвилі з довгими довжинами хвиль, тому колоїдні розчини не просто мутні, але в проходящому світлі мають червоно-жовте забарвлення, а в відбитому голубовато-синій колір.

10. Оптичні методи дослідження

1. Ультрамікроскопія.

В ультрамікроскопі використовується бокове освітлення і спостерігають не самі частинки, а плями дифракції світла від них. Використовується для дослідження колоїдних систем.

2. Електронна мікроскопія.

Використовується не світло, а пучок електронів що рухаються з великою швидкістю. Довжина їх хвилі набагато менша, а відповідно збільшення набагато більші. Це сучасний метод який широко використовується в тому числі ідля вивчення колоїдних систем. ПЕМ- просвічуючий електронний мікроскоп. РЕМ – растрровий електронний мікроскоп.

3. Нефелометрія і турбидиметрія. Використовується в аналітичній хімії та для дослідження розмірів і інших параметрів колоїдних систем.

4. Подвійне заломлення світла у потоці. Описані в науковій літературі

5. Рентгенографія і електронографія. Описані в науковій літературі.

11. Контрольні питання

1. Що таке броунівський рух?

2. Дифузія.

3. Флуктуації.

4. Особливості осмотичного тиску в колоїдних системах.

5. Седиментація.

6. Ультрацентрифугування.

7. Оптичні ефекти в колоїдних системах.

8. Оптичні методи дослідження.

Дата добавления: 2015-09-30