Броуновское (тепловое ) движение

МОЛЕКУЛЯРНО-КТНЕТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КОЛЛОИДНЫХ СИСТЕМ

Окраска коллоидных растворов

Многие коллоидные системы имеют определенную окраску, что указывает на поглощение ими света соответствующей части спектра.

Золь окрашен в цвет, дополнительный поглощенному. Если поглощение отсутствует, золь будет прозрачным или белым. Если все компоненты падающего света поглощаются, то суммарный цвет будет черным. Поглощая синюю часть (435 – 480 нм) видимого спектра (400 – 760 нм), золь будет жёлтого цвета. Поглощая синевато-зелёную часть (490 – 500 нм) видимого спектра, окраска золя красная.

Золь с металлическими частицами сильно поглощает свет. Это обусловлено генерацией в частицах электрического тока, часть энергии которого переходит в теплоту. Для золей металлов характерна селективность поглощения, зависит от дисперсности. С ростом дисперсности максимальное поглощение смещается в сторону коротких волн.

Радиус частиц золя, нм	Диапазон области максимального поглощения спектра, нм	Окраска золя
	440 – 450 (синий)	жёлто-оранжевая
	530 (зелёный)	ярко красная
40 - 50	590 – 600 (жёлтый)	синий

Интенсивность окраски золя зависит от размера частиц. Она максимальна при средних размерах частиц ультрамикрогетерогенной системы и уменьшается как при увеличении, так и при уменьшении дисперсности. Для гидрозоля золота самая яркая окраска соответствует размеру частиц при радиусе от 20 до 37 нм. Окраска многих минералов и драгоценных камней обусловлена наличием в них высокодисперсных частиц металлов и их оксидов. Например, рубиновое стекло содержит 0,01 – 0,1 % золота с размером частиц 4 – 30 мкм, рубин – это Cr₂O₃, диспергированный в Al₂O₃.

Оптические методы исследования коллоидных систем являются наиболее распространенными методами определения размера, формы и структуры коллоидных систем. Наиболее часто применяются:

1) ультрамикроскопия;

2) электронная микроскопия;

3) нефелометрия;

4) определение двойного лучепреломления в потоке;

5) рентгенография и электронография.

Молекулярно-кинетическими называются те свойства, которые связаны с хаотическим тепловым движением частиц, образующими те или иные системы, т.е. проявляются в кинетическом движении частиц.

Различия в молекулярно-кинетическом поведении молекулярных, коллоидных и микроскопически дисперсных систем зависят от размеров частиц системы и носят количественный характер.

К молекулярно-кинетическим свойствам дисперсных систем относят:

- броуновское движение;

- диффузию;

- седиментацию.

Броуновское движение – беспорядочное хаотичное движение коллоидных частиц. Англ. ботаник Р. Броун в 1827г. наблюдал движение пыльцы растений в её взвеси в водной среде. Позднее исследования броуновского движения проводились Р. Зигмонди, Жан Перреном, Т. Сведбергом. Теория теплового движения была развита А. Энштейном и М. Смолуховским.

Интенсивность броуновского движения тем больше, чем меньше скомпенсированы удары, которые получает одновременно частица со стороны молекул дисперсионной среды.

Интенсивность возрастает:

- с увеличением температуры;

- с уменьшением размера частиц;

- с уменьшением вязкости среды.

Для частиц больше 1-3 мкм броуновское движение прекращается. Коллоидная частица за 1 сек. изменяет направление движения 10²⁰ раз. Эйнштейн и Смолуховский для количественного выражения броуновского движения частиц ввели представление о среднем сдвиге частиц – смещение Δ х – среднее расстояние, на которое смещается частица (рис. 25).

Рис. 25. Схема броуновского движения частицы.

Эйнштейн показал, что среднее значение квадрата смещения за промежутки времени t можно найти из уравнения:

- поступательное броуновское движение

где R – универсальная газовая постоянная; T – абсолютная температура; N_A – число Авогадро; η – вязкость среды; r – радиус взвешенных частиц.

Вращательное движение характеризуется средним квадратом угла вращения за определенное время t:

- вращательное броуновское движение.

Энергия вращения близка энергии поступательного движения. Жан Перрен по этим формулам вычислил значение N_А=6,5∙10²³, что доказывает, что закономерности молекулярно-кинетического движение коллоидных частиц и движение молекул в растворе одинаковы.

Дата добавления: 2014-01-05