Проанализируйте кинетические закономерности коагуляции золей в зависимости от концентрации электролита-коагулянта.

Процесс коагуляции золя характеризуется определенной величиной скорости коагуляции, которую можно определить как изменение числа коллоидных частиц в единице объема за единицу времени. Скорость коагуляции золя электролитами зависит как от концентрации самого золя, так и от концентрации электролитов. Типичный вид коагуляционной кривой (зависимости отношения концентрации коллоидных частиц n к их начальной концентрации n_o от времени t) и кривой зависимости скорости коагуляции V (количество «слипшихся» частиц за единицу времени) от концентрации электролита С показан на рисунках.

На кривой ОАБВ отрезок ОА отвечает периоду скрытой коагуляции, при которой золь сохраняет свою устойчивость. В точке А при концентрации электролита C₁ начинается явная коагуляция: на участке АБ скорость коагуляции резко возрастает с ростом концентрации электролита (медленная коагуляция). Очевидно, что скорость коагуляции возрастает благодаря снижению энергетического барьера (E_акт), препятствующего сближению частиц. Константа скорости коагуляции может быть выражена уравнением Аррениуса:

На участке ^ БВ (быстрая коагуляция) скорость коагуляции остается постоянной; это связано с тем, что при концентрации электролита С₂ величина z -потенциала становится равной нулю (т. е. уже отсутствует энергетический барьер и практически каждое столкновение частиц приводит к их агрегации), скорость коагуляции при этом достигает максимального значения.

Словарь основных определений физической химии, необходимых для изучения курса коллоидной химии
1. Физическая химия изучает взаимосвязь между химическими и физическими явлениями.

2. Термодинамика изучает взаимные переходы энергии из одной формы в другую, энергетические эффекты, сопровождающие различные физические и химические процессы, возможность, направление и предел протекания самопроизвольных процессов.

3. Система – тело или совокупность тел, находящихся во взаимодействии и отделенных от окружающей среды реальной или воображаемой границей.

Если система не обменивается с окружающей средой ни энергией, ни веществом, то она называется изолированной.

Системы, не обменивающиеся с окружающей средой частицами, но взаимодействующие путем обмена энергией (теплообмен, работа, излучение), называются закрытыми.

Системы, обменивающиеся со средой и веществом и энергией, называются открытыми.

4. Параметры системы – величины, определяющие состояние системы. Параметры системы могут быть экстенсивными и интенсивными.

^ Экстенсивные параметры – зависят от массы или количества вещества, входящего в систему (общий объем, теплоемкость).

Интенсивные параметры не зависят от массы и имеют одинаковые значения во всех точках системы (плотность, температура, мольный объем).

Экстенсивные параметры, отнесенные к единице количества вещества (мольные) или единице массы (удельные) приобретают свойства интенсивных параметров.

5. Состоянием называется данная совокупность величин параметров системы. Если хотя бы одна из величин меняется, то изменяется и состояние системы.

Состояние называется стационарным, если оно не меняется во времени.

Состояние называется равновесным, если в системе не только все параметры постоянны, но и нет никаких стационарных потоков за счет действия каких-либо внешних источников, т. е. стационарность не обусловлена никакими внешними процессами.

6. Если параметры системы (все или некоторые) изменяются с течением времени, то говорят, что в системе происходит процесс. Если параметры системы меняются бесконечно медленно, а система последовательно проходит ряд состояний, бесконечно мало отличающихся от равновесного, то процесс называют квазистатическим или равновесным.

Процессом называется ряд последовательных изменений состояния системы.

Необратимым называют неравновесный процесс, который протекает в результате конечных воздействий на систему и не изменяет направление под влиянием бесконечно малой силы.

В термодинамике важными являются понятия равновесного и обратимого процессов.

Равновесным называется процесс, проходящий через непрерывную последовательность состояний равновесия, т. е. состояний, при которых длительное время сохраняются постоянными термодинамические параметры (T, p, V, ρ и др.). Любое другое изменение состояния будет неравновесным.

Равновесный процесс должен протекать бесконечно медленно, поэтому он практически не реализуем (является абстракцией), хотя можно приблизиться к этому идеальному случаю сколь угодно близко.

Термодинамические процессы могут быть обратимыми и необратимыми. Обратимым называется процесс, который совершается таким образом, что после его окончания систему можно возвратить в исходное состояние, причем никаких изменений в окружающей среде не остается. Процессы, которые не удовлетворяют этому условию, называются необратимыми.

Равновесному процессу свойственны максимальная работа и двусторонность, т. е. обратимость. Обратимым называют равновесный процесс, который может возвратиться в первоначальное состояние без каких-либо энергетических изменений в окружающей среде или в самой системе под влиянием бесконечно малой силы.

Следует понимать, что термодинамическое понятие необратимости не совпадает со значением этого термина в химической кинетике, где обратимой реакцией называют такую реакцию, которая может протекать в прямом и обратном направлениях без каких-либо дополнительных ограничений. Химическая обратимость характеризует направление процесса, а термодинамическая – способ его проведения.

7. ^ Самопроизвольные процессы – это такие процессы, в ходе которых система приближается к состоянию равновесия, из которого она самопроизвольно выйти не может.

^ Внутренняя энергия U характеризует общий запас энергии системы.

Энтальпия H – внутренняя энергия, которой обладает система, находящаяся при постоянном давлении; энтальпия численно равна сумме внутренней энергии U и потенциальной энергии pV: H = U + pV

Передача энергии от системы к окружающей среде и наоборот осуществляется в виде теплоты и работы.

Работа – количественная характеристика переданной энергии. Работа, проделанная системой, положительна, а работа, проделанная над системой – отрицательна.

Энергия Гиббса, как и энергия Гельмгольца характеризует способность системы совершать работу, т. е. определяет ту часть энергии, которая в изобарно-изотермическом процессе (p = const, T= const) превращается в работу. Убыль энергии Гиббса больше или равна максимальной полезной работе: -ΔG = W^*.
Физические и химические явления исследуются в термодинамике главным образом с помощью двух основных законов, называемых первым и вторым началами термодинамики.

Первое начало термодинамики устанавливает постоянство (неуничтожимость) энергии при взаимных превращениях ее различных форм: «Энергия изолированной системы постоянна», «Энергия не возникает из ничего и бесследно не исчезает, переход ее из одного вида в другой осуществляется в эквивалентных количествах: Q = DU+W». Первое начало термодинамики не дает никаких указаний о направлении процессов, их возможности или невозможности.

Второе начало термодинамики характеризует направление процессов. В изолированных системах энтропия остается постоянной или увеличивается dS ≥ 0. Знак «больше» относится к необратимым процессам.

Энтропия – это термодинамическая функция, которая показывает, как изменяется рассеивание энергии при переходе системы из одного состояния в другое.

В общем виде (элементарная приведенная теплота равна полному дифференциалу энтропии). Знак «больше» относится к необратимым процессам.

Энтропию можно рассматривать как вероятность нахождения системы в данном состоянии. В самопроизвольных процессах энтропия увеличивается. Энтропия – мера упорядоченности системы, чем меньше порядка, тем больше энтропия.

Итак, энтропия является функцией, определяющей возможность протекания самопроизвольного процесса в изолированной системе.

Для закрытых систем аналогичными функциями являются термодинамические потенциалы: энергия Гельмгольца ^ A (изхорно-изотермический потенциал) и энергия Гиббса G (изобарно-изотермический потенциал).

A = U – TS

G = H – TS, отсюда можно выразить, что G = A + pV.

Растворами называют гомогенные термодинамически устойчивые системы, состоящие из двух или большего числа компонентов, состав которых может меняться в пределах, допустимых растворимостью.

Идеальными называют растворы, образованные компонентами, у которых силы взаимодействия между однородными и разнородными молекулами одинаковы

Дата добавления: 2014-01-04