Лабораторные работы и задачи по коллоидной химии - Фролов Ю. Г.
Скачать (прямая ссылка):
Определите графическим способом константу скорости набухания К.
' 9. Постройте график зависимости приведенного осмотического давления я от концентрации с раствора сополимера стирола и метакрило-вой кислоты в толуоле (Т = 300 К) по следующим данным:
с, г/л..... 1,1 2,8 5,4 7,6 9,4 8,5
я-Ю-2, Па. . 0,098 0,373 1,064 1,874 2,717 2,330
Рассчитайте молекулярную массу сополимера и второй вириальный коэффициент.
10. По уравнению Дебая рассчитайте молекулярную массу полистирола и второй вириальный коэффициент, используя следующие данные по измерению светорассеяния растворов полистирола в толуоле:
Концентрация раствора, г/л 1,11 1,45 1,88 2,43 2,87 Мутность раствора т-108, м-1 3,68 4,47 5,55 6,50 7,13
Постоянную Я примите равной 1,17-Ю-13,
158
11. При эмульсионной полимеризации стирола в присутствии лау-рата калия получен полистирольный латекс со следующими параметрами: концентрация полимера 45 г/л, удельная поверхность 3-107 м2/м3, плотность частиц 1,05 г/см3. Для определения степени адсорбционной насыщенности поверхности полимера молекулами ПАВ проведено адсорбционное титрование, при котором в 50 мл латекса введено 1,1-Ю-3 моль лаурата калия.
Рассчитайте степень адсорбционной насыщенности исходного латекса, зная, что площадь одной молекулы лаурата калия в насыщенном адсорбционном слое составляет 0,3 нм2. Примите во внимание, что при образовании насыщенного монослоя лаурата калия на поверхности частиц полимера в дисперсной среде достигается критическая концентрация мицеллообразования 16,0 ммоль/л.
VI. ОБРАЗОВАНИЕ, УСТОЙЧИВОСТЬ И СВОЙСТВА ЛИОФОБНЫХ ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ
Синтез лиофобных дисперсных систем (суспензий, золей, в том числе аэрозолей, эмульсий) осуществляют методами диспергирования и конденсации. Диспергирование твердых и жидких веществ в выбранных средах проводят в шаровых и коллоидных мельницах, мельницах вибропомола, ультразвуковых установках и др. Эффект диспергирования усиливается при введении в среду ПАВ (эффект Ребиндера). Конденсационные методы основаны на физической или химической конденсации атомов или молекул с последующим образованием новой фазы в виде дисперсных частиц, распределенных в объеме среды (газообразной, жидкой или твердой).
При конденсации необходимо пересыщение, так как возникающие зародыши имеют большее равновесное давление пара (для жидкости) или большую растворимость (для твердых частиц) благодаря большой кривизне поверхности (малому радиусу частиц). Зависимость радиуса зародышей от пересыщения выражается уравнением Кельвина (1.11). При образовании зародыша в случае лиофобных систем требуется затрата работы на создание новой поверхности. Учет этой работы и работы пересыщения дает следующее выражение для работы образования зародыша в таких системах:
Л = — Дб = — 'Доя
где я — поверхность зародыша.
Из этого уравнения следует, что затрата работы тем меньше, чем меньше поверхностное натяжение и размеры зародыша. Окончательные размеры частиц дисперсной фазы зависят от соотношения между скоростью образования зародышей и скоростью, их роста, который самопроизвольно происходит в пересыщенных системах. »-?,
/_Методом физической конденсации получают золи, дымы, дисперсные-металлы. При химической конденсации частицы новой фазы образу-, ются в результате протекания в системе химической реакции с образо-. ванием малорастворимых соединений. ^>
/.Лиофобные дисперсные системы термодиначески неустойчивы, так как частицы дисперсной фазы склонны к агрегации. Их термодинамическая агрегативная неустойчивость обусловлена избытком поверхностной 'энергии. Межфазное поверхностное натяжение в лиофобных системах больше рассчитанного по соотношению Ребиндера — Щукина
(V. 2). Поэтому они не могут быть получены самопроизвольным дис-
159
пергированием как лиофильные системы; для их образования должна быть затрачена внешняя энергия.
Укрупнение частиц дисперсной фазы при потере агрегативной устойчивости достигается в результате изотермической перегонки (растворение мелких и рост крупных частиц в соответствии с уравнением Кельвина) или за счет слипания (слияния) частиц — коагуляции. Наиболее распространен процесс коагуляции. В зависимости от природы системы и концентрации дисперсной фазы этот процесс может заканчиваться или осаждением частиц, или структурообразованием.
/..Лиофобные дисперсные системы характеризуются кинетической агрегативной устойчивостью, определяемой скоростью процесса коагуляции. Кинетика коагуляции описывается уравнением Смолуховского: ^
"а- 1 + Ку0х '2 1 + т/е
где Уч- — суммарное число частиц дисперсной фазы ко времени т; VI) — первоначальное число частиц; 9 = 1/(Куо)—время половинной коагуляции; К — константа скорости коагуляции.
Константа К определяется соотношением
К = КбЯехр или К=^Щ~Рехр (-"?г) (УЬ2)
где Кб — константа скорости быстрой коагуляции; Р — стерический множитель, учитывающий благоприятные пространственные расположения частиц при столкновении; А?' — энергия взаимодействия частиц, или потенциальный барьер; й — константа Больц-маиа; ц — вязкость дисперсионной среды.
