Міністерство освіти і науки України

Національний технічний університет України

«Київський політехнічний інститут»

Поверхневі явища та дисперсні системи Методичні вказівки

до виконання розрахункових робіт

для студентів напряму підготовки

6.051301 «Хімічна технологія»

усіх форм навчання

Затверджено Методичною радою НТУУ «КПІ»

Київ

НТУУ «КПІ»

2011

Поверхневі явища та дисперсні системи [Текст] : метод. вказівки до викон. розрах. робіт для студ. напряму підготов. 6.051301 «Хімічна технологія» усіх форм навч. / Уклад.: О.С. Бережницька, М.Є. Пономарьов, І.О. Ренський, Т. М. Пилипенко,

В. Г. Єфімова.- К.: НТУУ «КПІ», 2011.-60 с.-200 пр.

Гриф надано Методичною радою НТУУ»КПІ»

(Протокол №… від….2011 р.)

Навчальне видання

Поверхневі явища та дисперсні системи Методичні вказівки

до виконання розрахункових робіт

для студентів напряму підготовки

6.051301 «Хімічна технологія»

усіх форм навчання

Укладачі: Бережницька Олександра Степанівна, канд. хім. наук, доц.

Пономарьов Микола Євгенович, канд. хім. наук, доц.

Ренський Ігор Олександрович

Пилипенко Тетяна Миколаївна, канд. техн. наук

Єфімова Вероніка Гаріївна, канд. техн. наук, доц.

Відповідальний

редактор Г. А. Рудницька, канд. хім. наук, доц.

Рецензент О. О. Андрійко, д-р хім. наук, проф.

За редакцією укладачів

Надруковано з оригінал-макета замовника

ВСТУП

Хімія поверхневих явищ та дисперсних систем є фундаментальною хімічною дисципліною при підготовці фахівців в галузі хімії та хімічної технології. Будучи хімією реальних тіл, вона забезпечує неперервність зв’язку між загальнохімічними та хіміко-технологічними дисциплінами. Вона займає важливе місце серед інших наук, рівень розвитку яких визначає технічний прогрес, високу продуктивність та науково-технічну культуру проведення технологічних процесів.

Курс «Поверхневі явища та дисперсні системи» будується на базі відомостей, засвоєних під час вивчення курсів неорганічної, аналітичної, органічної та фізичної хімії. Він поглиблює фундаментальні знання основних законів природознавства, які було отримано при вивченні попередніх дисциплін, сприяє формуванню інженерного мислення, дає теоретичну підготовку, що є необхідною для розуміння різноманітних технологічних процесів. Курс закладає фундамент для подальшого засвоєння спеціальних технологічних дисциплін та формує у майбутніх спеціалістів науковий погляд на світ у цілому. Практичне засвоєння курсу передбачає не тільки глибоке вивчення теоретичних положень, але й оволодіння методами розрахунку колоїдно-хімічних процесів, величин та параметрів, які їх характеризують.

У даних вказівках викладено питання теорії в об’ємі, що необхідний для правильного виконання розрахунків, наведено розв’язки типових задач та варіанти завдань для домашнього виконання.

1. Деякі основні поняття курсу

Дисперсними називаються гетерогенні системи, в яких одна фаза знаходиться в середовищі іншої у вигляді дрібних частинок.

Частинки подрібненої фази утворюють дисперсну фазу, а неперервна фаза, що їх оточує, є дисперсійним середовищем.

Частинки дисперсної фази є не окремими молекулами, а агрегатами молекул. Основними властивостями дисперсних систем є гетерогенність та дисперсність. Розміри частинок дисперсної фази суттєво більші за розміри молекул та іонів в істинних розчинах. Таким системам притаманні: сповільнена дифузія та малий осмотичний тиск, опалесценція, коагуляція (злипання часток) та електрофорез.

Ступінь подрібнення дисперсної фази характеризують величиною дисперсності D. Дисперсність – величина, що обернена до розміру частинок:

або ,

де l – довжина ребра кубічної частинки; d – діаметр сферичної частинки.

Для характеристики частинок складнішої форми використовують еквівалентний діаметр, тобто діаметр такої сферичної частинки, яка в гідродинамічному потоці поводить себе, як дана частинка неправильної форми.

Дисперсні системи часто характеризують величиною питомої поверхні – відношенням поверхні поділу фаз (S) до об’єму (V) або до маси дисперсної фази (m):

[м-1] або [м2 /кг].

Тому для кубічних частинок:

,

а для сферичних частинок:

.

Дисперсні системи класифікують за різними ознаками: за розміром часток дисперсної фази, за агрегатним станом часток дисперсної фази та дисперсійного середовища, за характером взаємодії між частками дисперсної фази та дисперсійним середовищем, за механічними властивостями та ін.

У відповідності до класифікації за розмірами часток дисперсні системи поділяють на грубодисперсні (10^-5... 10^-3 м), мікродисперсні (10^-7...10^-5 м) та колоїднодисперсні (ультрамікродисперсні) (10^-9...10^-7 м). Системи, що містять частинки з розмірами, меншими ніж 10^-9 м, є молекулярними та іонними, тобто гомогенними системами.

Найбільш поширеною є класифікація дисперсних систем за агрегатним станом дисперсної фази та дисперсійного середовища (системи Т/Р – золі, суспензії, Т/Г – дими та пил, Р/Р – емульсії, Г/Р – піни, Т/Т – сплави і т. п.).

Залежно від інтенсивності взаємодії частинок дисперсної фази та дисперсійного середовища системи поділяють на ліофільні (сильні взаємодії) та ліофобні (слабкі взаємодії).