II. Коллоидная химия Молекулярно-кинетические свойства коллоидных систем

Примеры решения типовых задач

Задача 1. Определить радиус шарообразных частиц золя сульфида мышьякаAs₂S₃массовой концентрации 6,7 кг/м³, плотностью 2,8 г/см³, если при 20⁰С осмотическое давление дисперсной системы составляет 0,07 Па.

Решение.Сочетая уравнения =иn=, получим формулу для осмотического давления

 = ,

откуда определяем выражение для радиуса частиц с учетом того, что = 2,8 г/см³= 2,810³кг/м³, температура Т = 293 К

м.

Задача 2. Определить коэффициент диффузии и среднее смещение частиц в суспензии кварца в воде за 7 с, диаметр частиц составляет 0,5 мкм, вязкость дисперсионной среды 10^3Пас, температура 20⁰С.

Решение. С учетом того, что радиус частиц r= 0,2510^6м, температура Т = 293 К

D=8,5910^13м²/с.

Среднее смещение определяется по формуле

= 3,4710^6м.

Оптические свойства коллоидных систем

Примеры решения типовых задач

Задача 1.С помощью нефелометра определили, что мутность гидрозоля полистирольного латекса в 3 раза больше мутности стандартного золя. Средний диаметр частиц стандартного золя 40 нм. Определить радиус частиц гидрозоля мастики, если концентрации золей одинаковы.

Р е ш е н и е. Для расчета радиуса исследуемого золя используем уравнение r_х=r_ст, гдеr_ст=, аd= 40 нм = 4010^9м.

r_х=r_стм.

Задача 2. Методом поточнойультрамикроскопии в объеме 4,85  10^11 м³ подсчитано 85 частиц аэрозоля водяного тумана. Каков средний радиус частиц, если концентрация аэрозоля 3,15  10^5 кг/м³.

Р е ш е н и е. Радиус частиц рассчитывают по уравнению , где= 10³кг/м³.

м.

Поверхностные явления в коллоидных системах

Примеры решения типовых задач

Задача 1.Вычислить удельную поверхность единицы объема и единицы массы золя сульфида мышьяка As₂S₃, средний диаметр частиц которого равен 1,6 мкм, плотность дисперсионной среды 3,43  10³ кг/м³.

Р е ш е н и е.Согласно формуле S_уд(v) = , м^1, определяют удельную поверхность единицы объема золя с учетом того, что

S_уд(v) = ==3,75 10⁶, м^1.

Далее определяют удельную поверхность единицы массы золя

S_уд(m) = ==1,093 10³ м²/кг.

Задача 2.Вычислить суммарную площадь поверхности платины массой 3  10^-3 кг, раздробленной на правильные кубики с длиной ребра 10^-8 м и плотностью 21,4 г/см³.

Р е ш е н и е.Для определения суммарной площади воспользуемся формулой S_сум = nS_куб. Площадь одной кубической частицы определяют по формуле:

S_куб = 6l² = 6  (10^8)² = 6  10^16 м².

Чтобы определить число частиц n в объеме системы используем формулу V_сум = nV_куб, откуда .

V_сум= .

V_куб = l³ = (10^8)³ = 10^24 м³.

== 1,4 10¹⁷ частиц.

S_сум = nS_куб = 1,4 10¹⁷ 6  10^16 = 84 м².

Задача 3.Во сколько раз изменится запас свободной поверхностной энергии водяного тумана, если радиус его капелек уменьшится от 1 мм до 10^7 м.

Р е ш е н и е. Используют формулу

U = S_уд(v).

Так как S_уд(v) = , то

.

Запас свободной поверхностной энергии водяного тумана увеличится в 10000 раз.

Задача 4.120 г пальмитиновой кислоты СН₃(СН₂)₁₄СООН нанесли на чистую водную поверхность. Площадь, занимаемая одной частицей составляет 1,8  10^21 м². Определить суммарную площадь поверхности.

Р е ш е н и е. Для определения суммарной площади поверхности используем формулу S_сум = nS_{частицы}. Определим число частиц пальмитиновой кислоты n по формуле

n = N_A, где  - количество вещества кислоты, моль; N_А – постоянная Авогадро.

 = моль, М – молярная масса пальмитиновой кислоты.

n = 0,47 6,02  10²³ = 2,82  10²³.

S_сум = 2,82 10²³ 1,8  10^21 = 507,6 м².