Коллоидная химия (стр. 4 из 7)
· Опалесценция золей интенсивнее, чем растворов ВМС из-за большей плотности.
· Опалесценция истинных растворов весьма незначительна, т.к. вследствие малого объема частиц выражение
в численном уравнение Релея очень велико.4. Оптические методы исследования: нефелометрия, ультрамикроскопия, турбидиметрия, электронная микроскопия
В нефелометрии измеряется интенсивность света, рассеянного дисперсной системой. Вместо измерения абсолютных значений рассеянного света на практике проводят сравнение интенсивностей лучей, рассеянных стандартным и исследуемым золем. На рис. 2,а приведена схема визуального нефелометра Кляйнмана (нефелометры иногда называют тиндалеметрами). При измерении подниманием или опусканием экранов изменяют высоту осветленной части пробирок с золями, добиваясь одинаковой осветленности в обеих половинах окуляра. При подчинении исследуемой монодисперсной системы уравнению Рэлея для интенсивности рассеянного света можно записать
Рис.2 Схема нефелометра -а Схема турбидиметра - б
а - 1 – зеркала, 2 – кюветы, 3 – призмы, 4 – окуляр.
б - 1 – пробирки с золями, 2 - экраны, 3 –призмы, 4 – окуляр
В турбидиметрии измеряют интенсивность света, прошедшего через стандартную и исследуемую дисперсную систему. Схема визуального турбидиметра приведена на рис. 2,б. Оптическая плотность раствора пропорциональна концентрации и объему частиц дисперсной фазы
D = k′cV .
При одинаковой осветленности поля зрения в окуляре имеем равенство cстандVстанд= cхVх, применение, которого аналогично рассмотренному для нефелометрии.
Ультрамикроскопия и электронная микроскопия.
Коллоидные частицы нельзя наблюдать в обычном микроскопе, так как их размеры меньше разрешающей способности микроскопа. Для средней части видимой области спектра можно достигнуть разрешающей способности не выше, чем 0,2 мкм. Ультрафиолетовый свет, специальная кварцевая оптика и фотографическая регистрация позволяют увеличить разрешающую способность и довести ее до 0,1 мкм, что является верхней границей коллоидной дисперсности. Р. Зидентопф и Р. Зигмонди в 1903 г. предложили так называемый ультрамикроскопический метод исследования коллоидных систем. Они применили сильное боковое освещение наблюдаемого под микроскопом раствора таким образом, чтобы свет не попадал в объектив микроскопа. При этом коллоидные частицы были видны как отдельные светлые точки, что позволяет установить их присутствие в растворе и наблюдать за их движением.
При ультрамикроскопическом наблюдении можно судить о том, в какой степени коллоидные частицы сферически симметричны. Свет, рассеиваемый сферическими частицами, имеет постоянную интенсивность при их движении в растворе. Если частицы не сферичны, а имеют, например, палочкообразную или пластинчатую форму, то при движении они мерцают.
В электронной микроскопии используется поток быстрых электронов с длиной волны до 10-9 м, что дает очень высокое разрешение, соответствующее увеличению до 105. Метод дает сведения о размерах и форме частиц, макромолекул и надмолекулярных образований. Электронная микроскопия существенно дополняет ультрамикроскопию. Электронный микроскоп позволяет увидеть мельчайшие частички и многие особенности их строения, но необходимость работы в высоком вакууме требует удаления жидкой дисперсионной среды.
III. Раздел «Структурно – механические свойства дисперсных систем»
1. Структурирование в коллоидных и полимерных системах. Гели и студни. Их свойства, механизм образования и практическое значение. Тиксотропия и синтерезис
Согласно А.И. Рабинерсону и Г.И. Фуксу, структуры, образующиеся в высокодисперсных системах, можно классифицировать по их плотности:
1. Пространственные – структуры характерны для дисперсных систем с анизодиаметрическими частицами;
2. Компактные – структуры часто возникают в системах с изодиаметрическими частицами.
При истинной коагуляции, когда частицы полностью теряют фактор устойчивости, они слипаются друг с другом, образуя компонентные агрегаты. Достигнув определенного размера, эти агрегаты образуют плотный коагулят. Если же происходит неполная астабилизация системы, то фактор устойчивости будет снят только с некоторых участков поверхности частиц, да ито не полностью, и в результате этого частицы, слипаясь по таким местам, образуют пространственную сетку, в петлях которой находится дисперсная среда. Происходит гелеобразование.
Гелеобразованием называют переход коллоидного раствора из свободнодисперсного состояния (золя) в связомодисперсионное состояние (гель).
На гелеобразование влияет ряд факторов:
· концентрация дисперсной среды;
· уменьшение размера частиц;
· температура;
· механическое воздействие.
Аналогичный переход раствора ВМС в студень называется застудневанием. Оно может происходить спонтанно, в результате изменения температуры при концентрировании раствора или при добавлении к нему не слишком большого количества электролита.
Студни обладают такими свойствами как вязкость, осмотическое давление, эластичность, текучесть, особенность рассеивать свет, тиксотропные свойства, синтерезис.
Тиксотропия – способность структур после их разрушения в результате какого-нибудь механического воздействия самопроизвольно восстанавливаться во времени.
Синтерезис - самопроизвольное уменьшение размеров геля с одновременным выделением из него дисперсной среды, содержащейся в петлях геля.
Студни и процесс застудневания имеют большое значение в медицине, биологии, техники, хлебопекарной промышленности. Образование клеевого слоя при склеивании, желатировании пироксилина, получение искусственного волокна, дубление кожи.
2. Коагуляционные и конденсационно–кристаллизационные структуры по П.А. Ребиндеру
Согласно Ребиндеру, структуры в коллоидных и микрогетерогенных системах можно разделить на:
· коагуляционные (тиксотропно-обратимые) – структуры, возникающие в результате понижения агрегативной устойчивости дисперсных систем, когда частицы полностью теряют фактор устойчивости, они слипаются друг с другом, образуя компактные агрегаты.
· конденсационно-кристаллизационные (необратимые - разрушаюшиеся структуры) – связи между частицами образованы за счет химических сил. Эти структуры возникают либо в результате образования прочных химических связей между частицами, либо вследствие сращивания кристалликов в процессе выкристаллизовывания новой фазы.
3 Нормальные ньютоновские жидкости, структурированные жидкости. Вязкость. Аномалия вязкости. Уравнение Ньютона, Пуазейля, Бингама. Реологические зависимости. Уравнения Эйнштейна для определения вязкости коллоидных систем
Жидкообразные тела классифицируют на:
1. ньютоновские жидкости – системы, вязкость которых не зависит от напряжения сдвига и является постоянной величиной в соответствии с законом Ньютона;
2. структурированные – течение которых не следует закону Ньютона, их вязкость зависит от напряжения сдвига;
2.1 стационарные – реологические свойства которых не изменяются со временем;
2.2 нестационарные – для которых эти характеристики зависят от времени.
Вязкость – способность жидкого вещества оказывать сопротивление движению. В жидкостях вязкость обусловлена внутренним давлением и с повышением температуры вязкость понижается. В газах вязкость обусловлена тепловым движением молекул, с повышением температуры вязкость возрастает.
Коэффициент вязкости представляет собой силу сопротивления
, которая возникает между слоями текучего тела с поверхностями площадью 
и удаленными друг от друга на расстояние 
при перемещении их относительно друг друга со скоростью 
. 
- динамическая вязкостьСвойства вещества, противоположные вязкости, называется текучестью, а величину противоположная коэффициенту вязкости коэффициент вязкости.
Кинематическая вязкость учитывает плотность вещества и связана с динамической вязкостью:
,Жидкости способные течь, но не подчиняющиеся закону Ньютона, принято называть аномальными.
По определению вязкости, данному Ньютоном, сила внутреннего трения
, равная по значению, но обратная по направлению приложенной извне силе, пропорциональная площади слоя 
, к которому приложена эта сила, и градиенту скорости движения 
между слоями: 
,Относя силу
к площади, тогда уравнение будет выглядеть так: 
,где
- напряжение сдвига, поддерживающее течение жидкости.