Презентация на тему 8 Виды дисперсных систем

ДФ.
Особенности свойств: а) молекулярно-кинетических;
б) оптических;

в) электрокинетических.
Методы стабилизации.
Методы разрушения.

Коллоидное состояние – это высокодисперсное состояние, когда частицы дисперсной

фазы имеют размеры 0,001…0,1 мкм или 1…100 нм.
Классификация:
По интенсивности взаимодействия частиц ДФ с молекулами дисперсионной среды:
лиофильные коллоиды;
лиофобные коллоиды.
По интенсивности взаимодействия частиц ДФ друг с другом:
золи;
гели и студни.

и образуются самопроизвольно. К ним относятся:
растворы высокомолекулярных соединений

(ВМС);
коллоидные растворы поверхностно-активных веществ (ПАВ).
А. Растворы ВМС
Классификация ВМС:
не содержащие функциональные группы (полиэтилен и др.);
содержащие полярные неионогенные функциональные группы (-ОН, -OR и другие, например, поливиниловый спирт);
полиэлектролиты :
содержащие кислотные группы ( - СООН, -SO3H и другие);
содержащие основные группы, например, -NH2;
полиамфолиты, которые одновременно содержат как кислотные, так и основные группы, например, белки;

диспергирования и весь процесс происходит в две стадии:
набухание (∆H

0 и ∆S ≈ 0);
растворение ( ∆H ≈ 0 и ∆S > 0).
Особенности строения частиц ДФ.




Причины появления зарядов у макромолекул:
диссоциации ионогенных функциональных групп макромолекул полиэлектролитов ;
адсорбция на полярных неионогенных группах макромолекулы определенных ионов из раствора.

цепь, в которой остатки аминокислот расположены в определенной последовательности.
Вторичная

структура возникновение спиралевидной конформации макромолекулы белка за счет образования водородных связей между СО- и NH-группами полипептидной цепи.
Третичная структура – это глобула или фибрилла, образованная из спиралевидной макромолекулы белка.
Четвертичная структура белков образуется путем объединения одинаковых или неодинаковых молекул белка, соединенных слабыми межмолекулярными связями.

от щелочной среды в кислую среду (nCOOH > nNH2)

интенсивные, седиментация выражена слабо, осмотическое давление небольшое, мембранное равновесие

Доннана проявляется.
Эффект Фарадея-Тиндаля наблюдается, опалесценция имеет место, большинство растворов не окрашены или слабо окрашены.
Подвергаются электрофорезу.
Методы стабилизации. Система термодинамически устойчива в соответствующей дисперсионной среде.
Агрегативная устойчивость обеспечена двумя факторами:
наличием одноименных зарядов макромолекул;
наличием сольватных оболочек вокруг макромолекул.
Кинетическая устойчивость проявляется из-за относительно небольших размеров макромолекул.

катионов
Виды разрушения устойчивости:
коацервация ‒ это образование в растворе

ВМС капель, обогащенных растворенным веществом, при создании условий взаимно-ограниченной растворимости компонентов раствора;
высаливание ‒ это выделение ВМС из раствора в виде отдельного слоя путем введения в раствор другого, как правило, хорошо растворимого в данном растворителе вещества – высаливателя;
денатурация белков – это потеря первичных свойств белков, вызванная изменениями пространственной структуры.

появления и постепенного упрочнения в растворе ВМС пространственной сетки,

состоящей из макромолекул.
Влияющие факторы:
концентрация ВМС;
форма и размер макромолекул;
температура;
время;
электролиты;
рН среды.
Синерезис – это процесс самопроизвольного уплотнения студней с сохранением формы пространственного каркаса, сопровождающийся отделением (выдавливанием) дисперсионной среды из ячеек структурной сетки.

не распадаются на ионы.
Ионогенные ПАВ:
анионные ПАВ – диссоциируют с

образованием поверхностно-активного аниона;
катионные ПАВ - диссоциируют с образованием поверхностно-активного катиона;
амфолитные ПАВ – одновременно содержат и кислотные, и основные группы.
Методы получения. Коллоидные растворы ПАВ получаются при концентрациях СМ >0,0001…0,001 моль/л самопроизвольно.

концентрация ПАВ, при которой в растворе могут находиться мицеллы,

представляющие собой агрегаты молекул.

седиментация слабая, осмотическое давление невысокое, в доннановском равновесии принимают

участие.
Оптические свойства. Эффект Фарадея-Тиндаля и опалесценция наблюдаются. Растворы бесцветные с увеличением концентрации появляется белая окраска.
Электрокинетические свойства. В полярных растворителях наблюдаются электрофорез и эффект Дорна.

адсорбционно-сольватный, энтропийный и гидродинамические факторы. В полярных растворителях значительную

роль играет электростатический фактор.
Методы разрушения. В полярных растворителях разрушить мицеллы можно ослабив электростатический фактор:
добавление к анионным ПАВ катионных ПАВ и наоборот;
добавление к анионным ПАВ электролита с многовалентным катионом, а к катионным ПАВ – электролита с многовалентным анионом.
Солюбилизация – это самопроизвольный процесс перехода нерастворимых или малорастворимых соединений в водную фазу в присутствии коллоидных ПАВ.

ГЛБ ПАВ используют в следующих областях:
3…6 –

стабилизаторы эмульсий типа В/М (сорбитан моностеарат, глицерил моностеарат);
7…9 - смачиватели (силиконовые смачиватели для транспортерных лент обеспечивают легкое скольжение упаковок типа тетрапак),
8…13 – стабилизаторы эмульсий типа М/В (GRINDSTED® 100; GRINDSTED®CITREM)
13…15 –моющие средства (алкилсульфонаты, алкиларилсульфонаты, алкилсульфаты; например, лаурилсульфат натрия или додецилсульфат натрия);
15…16 – солюбилизаторы (NEOPAL, RICINO, LAUROPAN T 20)  

вещества дисперсной фазы в дисперсионной среде.
Классификация.
По характеру взаимодействия

частиц ДФ:
золи;
гели.
По природе дисперсионной среды:
гидрозоли;
органозоли.
Методы получения.
Методы диспергирования твердых тел в присутствии электролита-стабилизатора
Метод конденсации в истинных растворах.

нейтральный нерастворимый микрокристалл или агрегат молекул нерастворимого вещества (20…500

ионов или молекул), окруженный ДЭС.

Я – ядро;
а – адсорбционный слой;
д – диффузный слой;
Г – гранула;
М – мицелла;
ПОИ-потенциалопределяющие
ионы;
ПИ – противоионы.

диффузионно-седиментационное равновесие, осмотическое давление невысокое, в доннановском равновесии принимают

участие.
Оптические. Рассеивают свет. Эффект Фарадея-Тиндаля и опалесценция наблюдаются. Окраска от белого до черного. Имеет место полихромия.
Электрокинетические. Наблюдаются явления электрофореза и эффект Дорна.

из ионов электролита-стабилизатора вокруг частицы ДФ. При |ς| >

25 мВ золь устойчив.
2. Адсорбционно-сольватный фактор образуется сольватированными ионами диффузного слоя мицеллы. Создание коллоидной защиты.
3. Структурно-механический фактор возникает при создании коллоидной защиты.
4. Энтропийный фактор стабилизации обусловлен высокой дисперсностью.
5. При повышении вязкости дисперсионной среды усиливается гидродинамический фактор устойчивости.

образованием более крупных агрегатов, приводящее появлению хлопьев, которые со

временем выпадают в осадок.
Действие электролита:
концентрационная коагуляция;
нейтрализационная коагуляция.
2. Действие смеси электролитов:
аддитивность;
синергизм;
антагонизм.
3. Гетерокоагуляция и гетероадагуляция.
4. Гелеобразование. 5. Флокуляция.

золя

электролита, которое вызывает явную коагуляцию 1 л золя.
Правило Шульце-Гарди:

коагуляцию вызывает тот ион добавленного электролита, который имеет заряд, противоположный заряду гранулы; чем выше заряд коагулирующего иона, тем выше его коагулирующее действие и тем ниже порог коагуляции электролита.

коагулирующего иона

взаимно нерастворимых жидкостей, одна из которых распределено в другой

в виде капелек (система ж1/ж2)
Классификация. 1. По концентрации частиц ДФ различают :
разбавленные γоб ˂ 0,1%;
концентрированные 0,1˂ γоб˂ 74%;
высококонцентрированные 74% ˂ γоб ˂ 99%.

эмульсии - тип М/В («масло в воде»);
обратные

эмульсии – тип В/М («вода в масле»);
множественные эмульсии могут быть как прямого, так и обратного типа;





3. По дисперсности эмульсии подразделяются на:
мелкодисперсные - dдф = 0,1…10 мкм;
среднедисперсные – dдф = 10…50 мкм;
грубодисперсные – dдф = 50…300 мкм.

разбавления.
Метод смачивания фильтровальной бумаги
Особенности свойств. 1. Молекулярно-кинетические свойства:
диффузия, броуновское

движение, седиментация.
2. Оптические свойства: ярко выраженная мутность; окраска – при поглощении компонентами определенной длины волны излучения; флуоресценция обратных эмульсий В/М при УФ облучении.
3. Электрокинетические свойства: электрофорез.

ионогенных ПАВ или полиэлектролитов.
2. Адсорбционно-сольватный фактор создается путем

лиофилизации поверхности частиц ДФ – адсорбции ПАВ и ВМС. Действия эмульгаторов определяются правилом Банкрофта: гидрофильные эмульгаторы (ГЛБ=10…12) стабилизируют прямые эмульсии (тип м/в), а гидрофобные (ГЛБ=3…6) – обратные эмульсии (тип в/м).
3. Структурно-механический фактор создается путем применения твердых порошкообразных материалов. Гидрофильные порошки стабилизируют прямые эмульсии М/В, гидрофобные – обратные эмульсии В/М.
4. Вклад энтропийного фактора возрастает при увеличении степени дисперсности эмульсий . В обратных эмульсиях этот фактор создается еще хаотическим тепловым движением углеводородных радикалов адсорбированных ПАВ и ВМС.

вязкой дисперсионной среды, а также при сближении плотностей ДФ

и дисперсионной среды.
Нарушение устойчивости эмульсий. Происходит путем ослабления факторов устойчивости.
Электростатический фактор: • создание электрического поля;
удаление ионогенных ПАВ и полиэлектролитов с поверхности капель путем добавлением растворителя;
нейтрализация зарядов путем прибавления электролитов с многовалентными ионами, добавлением ПАВ с противоположным знаком заряда, созданием среды с рН≈ИЭТ.
обращением фаз в эмульсиях

или химическим способом.
3. Структурно-механический фактор:
растворение полимерной пленки;
разрушение бронирующей пленки

порошкообразного материала путем перемешивания или в центробежном поле;
4. Энтропийный фактор:
укрупнение капелек из-за коалесценции при ослаблении других факторов агрегативной устойчивости;
удаление эмульгатора из поверхности обратной эмульсии.
5. Гидродинамический фактор:
повышение температуры;
снижение вязкости путем прибавления менее вязкого растворителя;
центрифугирование.

фазой являются пузырьки газа, а дисперсионной средой – жидкость

в виде тонких пленок (система Г/Ж).

Параметры пен. 1. Кратность пены(β)


2. Относительная доля газа в пене

3. Доля жидкости в объеме пены


4. Время существования пены - это время с момента ее образования до самопроизвольного разрушения. В некоторых случаях за время существования принимают время разрушения половины объема пены.

влажные (низкокократные) – β ˂ 10;
2) полусухие - 10˂

β˂100;
3) сухие (высокократные) – β ˃100
Строение частиц.
0˂ β ˂10 – сферические ; 10˂ β ˂20 – ячеистые; при β ˃20 (γоб.>74%) – многогранные (полиэдрические)

Плато-Гиббса). Место пересечения каналов, расположенное на вершине многогранника, называется

узлом.
Первое правило Плато: три пузырька, грани которых встречаются под углом 1200, образуют устойчивую систему.
Второе правило Плато: на вершинах додекаэдров сходятся четыре канала Плато-Гиббса, образуя между собой углы 109028'.
Свойства пен. 1. Молекулярно-кинетические явления могут проявиться только в низкократных пенах в виде седиментации.
2. Оптические свойства пен проявляются в результате рассеяния и поглощения света элементами структуры пен: пленками, каналами Плато-Гиббса и узлами. d > 760 нм ‒ бесцветные,
760 нм < d < 400 нм ‒ радужная, d < 400 нм ‒в отраженном свете на темном фоне кажутся черными.
3. Электрокинетические свойства: электроосмос и возникновение потенциала течения (эффект Квинке)

введении в дисперсионную среду небольших количеств (до 5%) ионогенных

ПАВ или полиэлектролитов.
2. Адсорбционно-сольватный фактор играет важную роль при стабилизации пен неионогенными ПАВ и ВМС, молекулы которых не имеют заряда.

ВМС, проведение реакции полимеризации в пленке.
4. Энтропийный фактор стабилизации

создают углеводородные радикалы противоположных поверхностей, если дисперсионная среда является неполярной жидкостью.
5. Гидродинамический фактор устойчивости создают путем введения в состав пены специальных загустителей. Они увеличивают вязкость дисперсионной среды и снижают скорость вытекания жидкости из пленок в каналы.
Разрушение пен. 1. Химические методы основаны на применении пеногасителей, которые реагируют с пенообразователем и разрушают пленку, разделяющую газовые пузырьки.
2. Физические методы основаны на физическом воздействии на пены (термический, акустический, электрический, барометрич.)
3. Механические методы .
Предотвращение образования пены.

лат. sol(utio) – раствор) – дисперсные системы с газовой

дисперсионной средой и жидкой или твердой ДФ ( системы Ж/Г, Т/Г, (Ж+Т)/Г ) .
Классификация. 1. По методу получения: диспергационные и конденсационные.
2. По агрегатному состоянию ДФ: туман (Ж/Г), дым (Т/Г), смог (Т+Ж)/Г.
3. По размеру частиц ДФ:
- в системе Ж/Г – 10-7…10-5 м (туман);
в системе Т/Г - 10-9…10-5 м (дым), d > 10-5м (пыль).
Характеристика частиц. В системе Ж/Г – сферические. В системе Т/Г полидисперсные, формы частиц:
изометричные (куб, шар, многогранники);
два размера больше третьего (диск, чешуйки, лепестки);
- один размер больше двух других (нити, палочкобразные)

и седиментация.
2. Оптические свойства: характерно поглощение и рассеяние света
3.

Электрокинетические свойства: электрофорез.
Факторы стабилизации. Единственным фактором стабилизации является энтропийный фактор.
Разрушение аэрозолей. 1. Инерционное осаждение в циклонах.
2. Инерционное осаждение на каплях и пленках жидкости.
3. Фильтрование.
4. Электростатическое осаждение.
5. Конденсационный метод

ДФ представлена частицами твердого вещества размерами более 1 мкм,

а дисперсионная среда является жидким (система Т/Ж).
Классификация. 1. По природе дисперсионной среды:
- органосуспезии, в которых дисперсионной средой является органическая жидкость;
- водные суспензии (дисперсионная среда – вода).
2. По концентрации ДС:
- разбавленные суспензии – взвеси;
- концентрированные суспензии – пасты.
3. По размеру частиц ДФ:
- муть (1 …10 мкм);
- тонкие суспензии (10…100 мкм);
- грубые суспензии (> 100 мкм).

поверхности частиц ДФ имеется ДЭС, подобный слою в мицеллах

лиофобных коллоидов. Сольватная оболочка толще на плоских гранях и тоньше на ребрах и вершинах.
Особенности свойств. 1. Молекулярно кинетические свойства: наиболее характерна седиментация, диффузия и броуновское движение – при размерах частиц 1-10 мкм.
2. Оптические свойства обусловлены отражением и поглощением света. Рассеивает свет только муть.
3. Проявляются все 4 вида электрокинетических явлений.

удалении примеси электролитов из дисперсионной среды и если ионы

диффузного слоя однозарядны . Адсорбция ионогенных ПАВ и полиэлектролитов
2. Адсорбционно-сольватный фактор создается лиофилизацией поверхности путем добавления ПАВ и ВМС.
3. Структурно-механический фактор создают пленки адсорбированных молекул ПАВ и ВМС.
4. Энтропийный фактор. Более устойчивы высокодисперсные суспензии.
5. Гидродинамический фактор создается путем применения более вязкой дисперсионной среды или путем введения загустителей.