Визначення
Фізколлоідная хімія пов'язана з дисперсними системами. Під ними прийнято розуміти такі стани, в яких одна або більше речовин знаходяться в дисперговані (роздробленому стані по масі другого речовини. Роздроблену фазу називають дисперсною фазою. Дисперсійної середовищем називають середу, в якій в роздробленому вигляді знаходиться дисперсна фаза.
Адсорбція і поверхневі явища
Фізколлоідная хімія розглядає поверхневі явища, які протікають на поверхні розділу дисперсних систем. Серед них відзначимо:
Поверхневий натяг
Органічна та фізколлоідная хімія пояснюють явища, що відбуваються на поверхні розділу фаз. Проаналізуємо систему, яка складається з газу і рідини. На молекулу, яка знаходиться всередині системи, діють сили притягання з боку найближчих молекул. На молекулу, яка розташовується на поверхні, також надають дію сили, але вони не скомпенсовані. Причина в тому, що в газоподібному стані відстані між молекулами досить великі, сили практично мінімальні. Внутрішній тиск намагається затягнути всередину молекули рідини, в результаті відбувається стиснення.Для створення нової поверхні розділу фаз, наприклад, розтягування в плівку, необхідно виконати роботу проти внутрішнього тиску. Між витрачається енергією і внутрішнім тиском існує пряма залежність. Енергію, сосредотачиваемую в молекулах, розташованих на поверхні, вважають вільною поверхневою енергією.
Основи термодинаміки
В основні завдання физколлоидной хімії входить обчислення за термодинамічним рівнянь. Залежно від розглянутої реакції, можна визначити можливість її мимовільного протікання. З-за нестійкості термодинамічних систем протікають процеси, які пов'язані з укрупненням частинок, що супроводжується зниженням поверхні розділу фаз.Причини зміни термодинамічного стану
Які фактори впливають на величину поверхневого натягу? В першу чергу важливо виділити природу речовин. Величина поверхневого натягу безпосередньо пов'язана з особливостями конденсованої фази. При збільшенні полярності зв'язку в речовині відбувається зростання сили натягу. На стан на межі розділу фаз впливає і температура. В разі її підвищення зменшуються в речовині сили, що діють між окремими частинками. Концентрація речовин, розчинених у аналізованої рідини, також впливає на стан термодинамічної системи. Існує два різновиди речовин. ПШВ (поверхнево-инактивние речовини) підвищують величину натягу розчину в порівнянні з ідеальним розчинником. Такими речовинами є сильні електроліти. ПАР (поверхнево-активні речовини) знижують величину натягу на межі розділу утворюється в розчині. При збільшенні цих речовин у розчині спостерігається їх концентрація в поверхневому шарі розчину. Полярними органічними сполуками є кислоти, спирти. Вони мають у своєму складі полярні групи (аміно-, карбоксильную, гідрокси-), а також неполярних вуглеводневу ланцюг.
Особливості сорбції
Фізколлоідная хімія (СПО) включає в себе розділ, що стосується сорбційних процесів. Адсорбція - це процес мимовільного зміни в поверхневому шарі концентрації речовин відносно їх кількості в обсязі фаз. Адсорбентом є речовина, на поверхні якого здійснюється осадження. Адсорбтив - це речовина, здатна до осадженню. Адсорбат – обложену речовина. Десорбція - це процес, зворотний адсорбції.
Види сорбції
Викладач физколлоидной хімії розповідає про двох видах адсорбції. У випадку фізичного осадження відбувається виділення незначної кількості енергії, яку можна порівняти з теплотою конденсації. Цей процес звернемо. У разі підвищення температури адсорбція знижується, збільшується швидкість зворотного процесу (десорбції). Хімічний варіант адсорбції незворотній, з поверхні йде не адсорбтив, а поверхневе з'єднання. При хемосорбції теплота висока, вона порівнянна з розміром теплового ефекту хімічної реакції. При підвищенні показника температури зростає хемосорбція, підвищується взаємодія між речовинами. В якості прикладу хемосорбції зазначимо адсорбцію поверхнею металу кисню з повітря, його вивчає фізколлоідная хімія. Завдання і рішення часто пов'язані з визначенням величини натягу, що виникає на межі розділу двох середовищ. Щоб кількісно описати яскраво виражену адсорбцію, використовують абсолютну адсорбцію. Вона характеризує кількість адсорбату (в моль), що припадає на одиницю площі взятого адсорбенту. У плани физколлоидной хімії входить кількісне визначення даної величини.
Характеристика адсорбентів
Фізична і колоїдна хімія особливу увагу приділяє аналізу типів адсорбентів, їх практичному застосуванню. В залежності від розміру поверхні адсорбенту, можливо різну кількість адсорбованого речовини. Найрезультативнішими адсорбентами вважають речовини, що мають розвинену поверхню: колоїди, порошки, пористі реагенти.В якості основних кількісних характеристик адсорбентів виділяють питому поверхню і об'ємну пористість. Перша величина показує відношення поверхні адсорбенту до масі. Друга характеристика передбачає особливості його структури. У колоїдної хімії виділяють два різновиди адсорбентів. Непористі речовини створені суцільними частинками, що утворюють пористу структуру «порошковою діафрагми» при щільній упаковці. В якості пір між ними виступають проміжки між крупинками речовини. Структура може мати мікро - або макропористую структуру. Пористими адсорбентами є структури, які складаються із зерен, що мають внутрішню пористість. У фізичній хімії особлива увага приділяється характеристиці грубодисперсних систем. Ними є порошкові склади, які утворюються із зерен порошку при пресуванні або щільної упаковки в трубки. Отримані системи мають певні термодинамічні характеристики, вивчення яких і є основним завданням физколлоидной хімії. Існує підрозділ процесу (з урахуванням природи адсорбтива) на іонну, молекулярну, колоїдну адсорбцію. Молекулярний процес пов'язаний з розчинами слабких електролітів або діелектриків. Відбувається адсорбція розчинених речовин на поверхні твердого адсорбенту. Частина активних центрів на поверхні адсорбенту займають молекули розчинника. При проходженні процесу осадження молекули розчинника і адсорбтива виступають конкурентами.
