Коллоидная химия: Учебник. 3-е изд.

В книге изложены физико-химические основы учения о поверхностных явлениях и дисперсных системах.Подробно рассматриваются способы получения дисперсных систем, вопросы их устойчивости и физические свойства лиофобных золей и лиофильных коллоидов.Значительное внимание уделяется описанию микрогетерогенных систем: суспензий, эмульсий, пен, аэрозолей, порошков, широко встречающихся в природе и применяемых в различных областях промышленности.Предназначается для студентов технологических высших учебных заведений. ПредисловиеКоллоидная химия занимает важное место в системе подготовки специалистов для различных областей промышленности. Курс коллоидной химии завершает общехимическую подготовку будущих специалистов и предшествует изучению специальных технологических дисциплин.Значение коллоидной химии для технологии обусловлено тем, что будучи наукой о поверхностных явлениях и физико-химических свойствах дисперсных систем, она является химией реальных тел, так как в любой отрасли промышленности есть вещества, находящиеся в раздробленном состоянии. При производстве пластических масс и синтетических волокон, строительных материалов и продуктов питания, красителей и лекарств, в других областях промышленности возникают многочисленные коллоидно-химические проблемы.Учебник состоит из четырех частей.Часть 1 знакомит вас с дисперсными системами, являющимися основными объектами, изучаемыми коллоидной химией, и их основной особенностью — наличием большой межфазной поверхности и, как следствие, избытка поверхностной энергии. В главах 2–5 подробно рассмотрены различные виды адсорбции — самопроизвольных процессов в поверхностном слое. Этот материал важен не только вследствие большого практического значения адсорбционных процессов, но и для понимания вопросов устойчивости дисперсных систем, методов их получения и разрушения. В конце первой части описаны такие самопроизвольные поверхностные явления, как смачивание и адгезия, играющие важную роль в различных областях человеческой деятельности.Часть 2 посвящена описанию коллоидного состояния вещества. Содержание глав 6–10 составляют методы получения и очистки коллоидных растворов, их основные свойства: оптические, электрические, молекулярно-кинетические, вопросы их кинетической и агрегативной устойчивости. Завершается вторая часть учебника описанием структурно-­механических свойств дисперсных систем (глава 11).В части 3 рассматриваются дисперсные системы, свойства которых принципиально отличаются от свойств лиофобных золей. Это отличие состоит в том, что лиофильные коллоидные растворы образуются самопроизвольно и являются термодинамически устойчивыми и обратимыми. Наиболее типичные представители таких систем — растворы коллоидных поверхностно-активных веществ (глава 12) и высокомолекулярных соединений (главы 13, 14). Лиофильные коллоиды находят широкое применение в различных отраслях промышленности и, вместе с тем, используются в качестве стабилизаторов лиофобных золей и микрогетерогенных систем.Значительный интерес представляют микрогетерогенные системы, которым посвящена четвертая часть учебника. Суспензии, эмульсии, пены, аэрозоли, порошки повсеместно распространены в природе, встречаются в различных технологических процессах, с ними связаны сложнейшие экологические проблемы, но в большинстве учебников коллоидной химии им уделяется незаслуженно мало внимания. В главах 15–19 по­следовательно описываются:а) системы с жидкой дисперсионной средой:• суспензии и пасты (дисперсная фаза твердая);• эмульсии (дисперсная фаза жидкая);• газовые эмульсии и пены (дисперсная фаза газообразная);б) системы с газовой дисперсионной средой:• аэрозоли (дисперсная фаза твердая или жидкая);• порошки (дисперсная фаза твердая).Каждая глава в учебнике заканчивается кратким заключением. Ознакомившись с ним, вы сможете сосредоточиться на основных положениях и выводах, следующих из данной главы. После этого ответьте на вопросы для самоконтроля и посмотрите перечень знаний, которые вы должны были получить.Надеемся, что предлагаемый учебник окажется вам полезным при изучении специальных технологических дисциплин и в будущей профессиональной деятельности. ОглавлениеПредисловие ................................................................................................ 3Часть 1 Дисперсные системы. Поверхностные явленияГлава 1. Дисперсные системы .................................................................. 61.1. Предмет коллоидной химии............................................................ 61.2. Количественные характеристики ДС.............................................. 71.3. Классификация ДС........................................................................... 81.4. Краткий исторический очерк.......................................................... 101.5. Значение коллоидной химии........................................................... 13Глава 2. Поверхностные явления .................................................... 152.1. Природа поверхностной энергии................................................... 152.2. Поверхностное натяжение.............................................................. 162.3. Зависимость поверхностного натяжения от температуры............. 182.4. Самопроизвольные процессы в поверхностном слое..................... 182.5. Адсорбция. Общие положения, классификация.......................... 20Заключение............................................................................................. 23Вопросы и задачи для самоконтроля.................................................... 23Глава 3. Адсорбция на границе «жидкий раствор–газ» ................253.1. Зависимость поверхностного натяжения от природыи концентрации растворенного вещества..................................……... 253.2. Уравнение адсорбции Гиббса......................................................... 273.3. Поверхностная активность. Правило Дюкло–Траубе.................... 293.4. Ориентация молекул ПАВ в поверхностном слое.......................... 313.5. Уравнение Шишковского................................................................ 333.6. Теория мономолекулярной адсорбции Ленгмюра.......................... 35Заключение............................................................................................. 37Вопросы и задачи для самоконтроля...................................................... 38Глава 4. Адсорбция газов и паров на поверхности твердых тел .......404.1. Особенности адсорбции газа или пара на твердом адсорбенте.........404.2. Зависимость адсорбции газа от его концентрации (давления) при постоянной температуре......424.3. Теория мономолекулярной адсорбции Ленгмюра.......................... 444.4. Теории полимолекулярной адсорбции........................................... 484.5. Капиллярная конденсация................................................................ 524.6. Зависимость адсорбции газов от свойств адсорбента.................... 534.7. Зависимость адсорбции от свойств газа......................................... 564.8. Практическое применение адсорбции газов................................... 57Заключение............................................................................................. 57Вопросы для самоконтроля.................................................................... 59Глава 5. Адсорбция растворенного в жидкости вещества на твердом адсорбенте......... 615.1. Молекулярная адсорбция из растворов........................................... 625.2. Зависимость молекулярной адсорбции от равновесной концентрации адсорбтива (сs)....... 625.3. Влияние на молекулярную адсорбцию природы растворителя...............................................635.4. Влияние на молекулярную адсорбцию природы адсорбента.................................................... 645.5. Влияние на молекулярную адсорбцию природы адсорбтива................................................... 645.6. Время адсорбции. Влияние температуры на адсорбцию........................................................... 665.7. Ионная адсорбция из растворов...............……………………………….................................... 665.8. Ионообменная адсорбция ......................…………………………………................................... 685.9. Смачивание............................................…………………………………...................................... 705.10. Адгезия....................................................………………………………….................................... 735.11. Практическое применение рассмотренных явлений..........…................…............................... 74Заключение...................................................................................…………………………………...... 76Вопросы для самоконтроля.........................................................…………………………………....... 77Часть 2 Лиофобные золи (коллоидные растворы)Глава 6. Получение и очистка коллоидных растворов ....................... 806.1. Методы получения лиофобных золей....................................……....... 806.2. Методы очистки коллоидных растворов.................………................... 85Заключение....................................................................………....................... 87Вопросы для самоконтроля.......................................……….......................... 88Глава 7. Оптические свойства коллоидных растворов ...….................. 897.1. Рассеяние света.................................................................…........... 907.2. Поглощение света и окраска золей................................................ 937.3. Оптические методы исследования коллоидных растворов......... 94Заключение...............................................................................…........... 98Вопросы для самоконтроля...................................................…............. 99Глава 8. Электрические свойства коллоидных растворов .......... 1018.1. Электрокинетические явления в гидрофобных золях.................. 1018.2. Пути образования ДЭС...............................................................…. 1048.3. Строение двойного электрического слоя..............................…...... 1068.4. Факторы, от которых зависит дзета-потенциал............................. 1098.5. Методы определения дзета-потенциала......................................... 114Заключение..........................................................…................................. 114Вопросы для самоконтроля..........................................…....................... 115Глава 9. Молекулярно-кинетические свойства коллоидных растворов ............... 1179.1. Броуновское движение.................................................................. 1179.2. Диффузия....................................................................................... 1199.3. Осмотическое давление................................................................. 120Заключение........................................................................................... 121Вопросы для самоконтроля.................................................................. 122Глава 10. Устойчивость коллоидных растворов. Коагуляция ......…. 12410.1. Седиментационная устойчивость дисперсных систем...................….12510.2. Агрегативная устойчивость коллоидных растворов. Коагуляция....12910.3. Кинетика коагуляции электролитами....................................………... 13110.4. Факторы устойчивости лиофобных золей.............................……....... 13410.5. Виды коагуляции электролитами...............................………................ 14010.6. Защита коллоидных частиц.........................................………............... 14310.7. Сенсибилизация............................................................………............... 14510.8. Гетерокоагуляция и гетероадагуляция.....................……….................. 145Заключение..............................................................................…………............ 146Вопросы для самоконтроля...................................................…………............. 148Глава 11. Структурированные дисперсные системы ......…….................. 14911.1. Коагуляционные структуры...........................................…………............ 14911.2. Конденсационно-кристаллизационные структуры....……….................. 15211.3. Структурно-механические свойства дисперсных систем........................ 154Заключение...................................................................................……………..... 159Вопросы для самоконтроля............................................................…………..... 160Часть 3Лиофильные системыГлава 12. Коллоидные поверхностно-активные вещества …….............. 16312.1. Классификация коллоидных ПАВ......................................……...……... 16412.2. Свойства водных растворов ПАВ.....................................…….……........ 16612.3. Критическая концентрация мицеллообразования и ее определение...... 17112.4. Применение коллоидных ПАВ...............................................………….... 175Заключение.......................................................................................…………….. 176Вопросы для самоконтроля..............................................……………................. 177Глава 13. Растворы высокомолекулярных соединений (ВМС) ................. 17813.1. Классификация высокомолекулярных соединений..................…………. 17813.2. Основные особенности строения полимеров.........................…………... 18013.3. Взаимодействие ВМС с растворителем....................................…………. 18113.4. Свойства растворов ВМС....................................................…………........ 18313.5. Полиэлектролиты............................................................……………......... 184Заключение................................................................................……………......... 186Вопросы для самоконтроля......................................................……………......... 187Глава 14. Студни. Студнеобразование ................................………................ 18814.1. Факторы, влияющие на процесс студнеобразования.................................. 18914.2. Свойства студней............................................……………............................ 191Часть 4 Микро-гетерогенные системыГлава 15. Суспензии ................................................................................. 19415.1. Классификация суспензий................……......................................... 19515.2. Методы получения разбавленных суспензий....……........................ 19515.3. Свойстваразбавленных суспензий.......................……....................... 19715.4. Седиментационная устойчивость разбавленных суспензий............. 20015.5. Агрегативная устойчивость разбавленных суспензий....................... 20115.6. Методы разрушения разбавленных суспензий........................……... 20715.7. Пасты....................................................................................………...... 21115.8. Дисперсионный анализ........................................................……........ 22315.9. Области применения суспензий..........................................……....... 236Заключение........................................................................................... 238Вопросы для самоконтроля.................................................................. 239Глава 16. Эмульсии ............................................................................. 24116.1. Классификация эмульсий............................................................. 24116.2. Методы получения эмульсий...................................................... 24216.3. Основные характеристики эмульсий........................................... 24716.4. Агрегативная устойчивость эмульсий........................................ 24816.5. Типы эмульгаторов..................................................................... 24916.6. Определение типа эмульсии........................................................ 25316.7. Обращение фаз эмульсии............................................................ 25516.8. Способы разрушения эмульсий................................................... 25616.9. Практическое применение эмульсий.......................................... 258Заключение........................................................................................... 260Вопросы для самоконтроля.................................................................. 261Глава 17. Пены .................................................................................. 26217.1. Классификация пен ..................................................................... 26417.2. Методы получения пен................................................................ 26417.3. Основные характеристики пен.................................................... 26717.4. Свойства пены............................................................................. 26917.5. Устойчивость пены..................................................................... 27017.6. Методы разрушения пен.............................................................. 27817.7. Практическое применение пен.................................................... 283Заключение........................................................................................... 284Вопросы для самоконтроля.................................................................. 285Глава 18. Аэрозоли ............................................................................. 28618.1. Классификация аэрозолей............................................................ 28718.2. Методы получения аэрозолей..................................................... 28818.3. Общая характеристика аэрозолей............................................... 29018.4. Методы разрушения аэрозолей................................................... 29718.5. Аэрозольные баллоны.................................................................. 30018.6. Практическое применение аэрозолей......................................... 30318.7. Аэрозольный транспорт.............................................................. 307Заключение........................................................................................... 308Вопросы для самоконтроля.................................................................. 309Глава 19. Порошки.............................................................................. 31019.1. Классификация порошков............................................................ 31019.2. Методы получения порошков..................................................... 31119.3. Общая характеристика порошков............................................... 31319.4. Свойства порошков..................................................................... 31619.5. Устойчивость порошков............................................................. 32419.6. Практическое применение порошков......................................... 324Вопросы для самоконтроля.................................................................. 326Заключение............................................................................................ 327