Билет 6
1. Диффузия и ее особенности в коллоидных системах. Уравнение Эйнштейна.
Диффузией называют самопроизвольно протекающий в системе процесс выравнивания концентрации молекул, ионов или коллоидных частиц под влиянием их теплового хаотического движения.
Процесс диффузии необратим.В нижней части коллоидной системы концентрация частиц (с1) больше, чем в верхней (с2), т. е. с1 > с2. Диффузия идет из области с большей концентрацией в область меньшей (направление диффузии показано стрелкой) до выравнивания концентраций, когда с1 = с2.
Законы диффузии установил Фик по аналогии с переносом тепла или электричества:
(1),
где dQ
– количество продиффундировавшего
вещества; D
– коэффициент диффузии; dc/dx
– градиент концентрации; s
– площадь, через которую идет диффузия;
τ
– продолжительность диффузии.
Можно
выразить поток диффузии:
– I-й
закон Фика,
где Iдиф – диффузионный поток (характеризует количество вещества, переносимое в результате диффузии за единицу времени через сечение, равное единице площади).
D
зависит от свойств диффун- единицы измерения – м2/сек.
дирующих частиц
и среды
Физический смысл:
D – количество вещества, переносимое через
единицу площади в единицу времени при единичном градиенте концентрации
Если
диффузия нестационарна
,
то выполняется II-й
закон Фика: 
(2).
Диффузия возникает, если есть градиент химического потенциала grad μ, который обусловлен градиентом концентрации
(3).
Для
разбавленных растворов
.
(4),
где
– сила, действующая на моль частиц.
Выразим
силу F1,
которая действует на одну частицу:
(5) и скорость перемещения υ
в предположении сферических частиц:
(6), где В
– коэффициент трения Стокса:
(7); r
–радиус сферической частицы; η
– вязкость среды.
Подставим
(5) в (6):
(8).
Учитывая
(7), (8), I-й закон Фика и
,
получим уравнение
Эйнштейна:
(9).
Для определения коэффициента диффузии используют метод пористого диска и метод свободной диффузии.
2. Лиофильные коллоидные системы. Условия образования и свойства.
Дисперсные системы классифицируют по характеру взаимодействия между веществами дисперсной фазы и дисперсионной среды. Эта класссифткацтя пригодна лишь для систем с жидкой дисперсионной средой. Под взаимодействием фаз дисперсных систем подразумевают процессы сольватации (гидратации), т. е. образование сольватных (гидратных) оболочек из молекул ДС вокруг частиц ДФ. Системы, в которых сильно выражено взаимодействие частиц дисперсной фазы с дисперсной средой, называются лиофильные. Если частицы ДФ состоят из вещества, слабо взаимодействующего со средой, системы являются лиофобными. В том случае, когда дисперсионной средой является вода, эти два класса можно называть соответственно гидрофильными и гидрофобными системами.
Вид системы |
Характер образования |
Термодинамическая устойчивость к коагуляции |
Взаимодействие между фазами |
Представители |
Лиофильные |
Самопроизвольное диспергирование |
Термодинамически агрегативно устойчивы |
Сильное |
Критические эмульсии, мицеллярные растворы ПАВ, растворы некоторых ВМС, (белков и др.) |