АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

Конденсационные методы получения дисперсных систем

Основные понятия коллоидной химии; классификация, основные особенности, количественные характеристики дисперсных систем.

Коллоидная химия изучает свойства разнообразных систем (неорганических, органических, полимерных, белковых), в которых хотя бы одно из веществ находится в виде частиц размером примерно от 1 нм до 10 мкм. Частицы таких размеров называют дисперсными.

Главная особенность дисперсных частиц. Физические и химические свойства дисперсных частиц значительно отличаются от аналогичных свойств крупных (макроскопических) объектов для одного и того же вещества. К числу таких свойств относятся прочность, теплоемкость, температура плавления, магнитные и электрические характеристики, реакционная способность. Эти различия называют размерными (или масштабными) эффектами. Они выражены тем сильнее, чем меньше размер дисперсных частиц, и поэтому особенно характерны для частиц нанометровых размеров (наночастиц).

Количественные характеристики дисперсных систем:

1. Средний (), минимальный (d_min) и максимальный (d_max) размер дисп. частиц.

2. Концентрация частиц (ν, м^-3) – число дисперсных частиц (n_d) в единице объема дисперсионной среды (V): ν = n_d/V

3. Удельная поверхность дисперсной фазы (Ω_d, м²/кг) отношение суммарной площади поверхности (Ω_n) всех дисперсных частиц к их сумм. массе (m): Ω_d = Ω_n /m. Для дисп. частиц сферической и кубической формы, имеющих одинаковый размер (d), удельная поверхность дисп. фазы равна удельной поверхности одной частицы: Ω_d = 6/(ρ_dd), где ρ_d – плотность вещества дисперсной фазы. У всех дисперсных систем очень большая удельная поверхность – изменяется обратно пропорционально размеру частиц. Удельная поверхность наноразмерных частиц (d=1-10нм) составляет порядка 10² - 10³ м²/г.

4. Дисперсность (D) – отношение суммарной площади поверхности (Ω_n) всех дисперсных частиц к сумм. объему (V_n) дисперсной фазы: D = Ω_n/V_n. Дисперсность сферических или кубических частиц, имеющих одинаковый размер (d), D = 6/d.

5. Поверхностное натяжение (σ, Дж/м²) на границе дисп. частиц с дисперсионной средой – основной термодинамический параметр, характеризующий свойства поверхности раздела фаз; для жидкостей численно равно удельной свободной поверхностной энергии.

6. Количественной мерой продолжительности существования дисперсных систем с жидкой или газовой дисперсной фазой служит время жизни (τ) одной дисперсной частицы - капли в эмульсиях, тонкой жидкой пленки в пенах и газового пузырька в газовых эмульсиях. Также используют другую характеристику времени жизни дисперсных систем – период полураспада (τ_1/2).

Классификация дисперсных систем.

Классификация дисп. систем по агрегатному состоянию дисп. фазы и дисперсион. среды

2. Диспергационные методы получения дисперсных систем

Конденсационные методы получения дисперсных систем

Физические конденсационные мтды. Основной принцип получения дисперсных частиц новой фазы из пара (при конденсации) или из жидкости (при кристаллизации).

Методы молекулярных пучков. Исходные вещества помещают в вакуумную камеру с узким выходным отверстием (диафрагмой), после нагревания до достаточно высокой температуры, вещество испаряется. Проходя через диафрагму испарившиеся частицы образуют молекулярный пучок. Его направляют на подложку, на поверхности которой происходит конденсация пара с образовании ем дисперсных частиц или тонкого покрытия (примерно 10нм).

Аэрозольный метод. Ме испаряются в разряженной атмосфере инертного газа при понижении Т пары конденсируются и образуются дисп-е металлические частицы от 1-3 до 100 нм.

Распылительная сушка. На 1-ой стадии раствор дланного в-ва (NaCl) диспергируют на мелкие капли потоки нагретого газа (воздуха). При умеренных температурах газа происходит испарение растворителя и продуктом процесса является порошок из дисп-х частиц соли. При достаточно высоких Т-х наряду с испарением р-ля может произойти термическое разложение соли и исходным продуктом будет оксидный порошок.

Криохимический синтез. Основная особенность этого мтда заключается в том, что сначала Ме испаряют в потоке инертного газа (Ar или ксенон) при интенсивном нагреве, катодном распылении с помощью электроразрыва или другим способом. Далее идет конденсация паров металла на поверхности подложки (субстрата) при низких Т или сверхнизких Т в большом избытке (в 1000чи раз) и инертного газа. В рез-те на подложке образуется наночастица. Оч. Низкие Тры в сочетании с сильным разбавлением препятствует диффузии наночастиц.

Плазменный метод. В инертной атмосфере (или с некоторой примесью Н2) создают электрическую (вольтову) дугу. Анод – испаряемый материал. Через анод идет струя пара, в которой создается Т до 7000К. За пределами дуги Т ниже, в рез-те чего происходит очень высокое пересыщение металлического пара, что приводит к его конденсации в виде наночастиц.

4)Закон Эйнштейна-Смолуховского, броуновское движение.

Броуновское движение – хаотическое, непрерывное движение дисперсных частиц в дисперсионной среде. Броуновское движение дисперсных частиц является следствием огромного количества беспорядочных ударов со стороны молекул дисперсионной системы. Броуновское движение является следствием и свидетельством существования теплового движения.Суть явления: Броуновское движение происходит из-за того, что все жидкости и газы состоят из атомов или молекул — мельчайших частиц, которые находятся в постоянном хаотическом тепловом движении, и потому непрерывно толкают броуновскую частицу с разных сторон. Было установлено, что крупные частицы с размерами более 5 мкм в броуновском движении практически не участвуют (они неподвижны или седиментируют), более мелкие частицы (менее 3 мкм) двигаются поступательно по весьма сложным траекториям или вращаются. Если же тело мелкое, как броуновская частица, то становятся заметны флуктуации давления, которые создают заметную случайно изменяющуюся силу, приводящую к колебаниям частицы. Броуновские частицы обычно не тонут и не всплывают, а находятся в среде во взвешенном состоянии. Так как нельзя точно прогнозировать место, где окажется частица за время t, то находят наиболее вероятное (среднеквадратичное) расстояние I(с чертой на верху). Количественной оценкой броуновского движения является среднеквадратичный сдвиг. Чаще всего среднеквадратичное смещение определяют на основании коэффициента диффузии по формуле Эйнштейна – Смолуховского:

I ²=2D*t; D- коэффициент диффузии; t – время смещения дисперсной частицы.

Коэффициент диффузии равен массе вещества, перенесенного вследствие диффузии через единицу площади поперечного сечения стационарного диффузионного потока за единицу времени под действием единичного градиента концентрации (gradC=-1г/см⁴)

Для сферической частицы радиусом r определяется ф-лой Эйнштейна:

Kb-константа Больцмана, Т-температура, ню-вязкость дисперсионной среды.

Примеры: движение мелких крупинок краски, растворенной в воде, частицы пыли и дыма в газе и т.д.

1.Броуновского движение ограничивает точность измерительных приборов. Например, предел точности показаний зеркального гальванометра определяется дрожанием зеркальца, подобно броуновской частице бомбардируемого молекулами воздуха.

2. Законами Броуновского движения определяется случайное движение электронов, вызывающее шумы в электрических цепях. Диэлектрические потери в диэлектриках объясняются случайными движениями молекул-диполей, составляющих диэлектрик. Случайные движения ионов в растворах электролитов увеличивают их электрическое сопротивление.

Дата добавления: 2015-10-11 | Просмотры: 1488 | Нарушение авторских прав