Лекции

 Как построено преподавание лекционного курса по коллоидной химии?

В течение первых 9 недель семестра по 4 часа читаются лекции. Наилучший эффект усвоения теоретического материала достигается при следующей схеме изучения предмета:

v предварительное, самостоятельное ознакомление с изложением темы лекции в рекомендуемых учебниках;

v посещение лекции, конспектирование ключевых моментов рассматриваемой темы;

v работа на лекции со словарем коллоидных терминов;

v участие в беседе с преподавателем при его обращении к аудитории;

v во время аудиторного занятия приветствуются вопросы и комментарии со стороны студентов, поскольку они способствуют усвоению материала всеми присутствующими;

v приветствуются вопросы и комментарии на перемене после занятия в индивидуальном порядке;

v повторение темы лекции по конспекту при подготовке к следующему лекционному занятию;

v закрепление темы лекции путем выполнения домашнего задания и тестирования;

v при необходимости консультироваться с преподавателем;

v чтение дополнительной литературы

v не поощряются опоздания на занятия и выход из аудитории до звонка, частные беседы, чтение посторонней литературы или переписывание посторонних материалов.
 Весь лекционный курс разделен на три модуля (Модуль 1, Модуль 2, Модуль 3) – три раздела, включающие большой перечень тем и вопросов.

Модуль 1. Поверхностные явления

1.1. Теоретическое содержание

Темы:

1. Характеристика и классификация дисперсных систем.

2. Поверхностная энергия и поверхностные явления.

3. Адгезия.

4. Основные закономерности адсорбции.

5. Адсорбция на границе жидкость-газ.

6. Адсорбция на твердых поверхностях.

7. Двойной электрический слой и электрокинетические явления.

1.2. Изучение теории позволяет студенту:

· рассмотреть качественные особенности дисперсных систем, связанные с большой удельной поверхностью дисперсной фазы, избытком поверхностной энергии и кривизной частиц дисперсной фазы;

· уяснить классификацию дисперсных систем на основе общих признаков, присущих этим системам: агрегатного состояния дисперсной фазы и дисперсионной среды, размера частиц дисперсной фазы, формы, а также способов выражения концентрации дисперсной фазы;

· выразить свободную поверхностную энергию на разделяющей поверхности границы фаз посредством энергии Гиббса и энергии Гельмгольца, а через них и поверхностное натяжение в виде удельной свободной поверхностной энергии и силы;

· показать причину появления избытка поверхностной энергии вследствие несконпенсированности межмолекулярного взаимодействия на границе раздела фаз и связь между энергетическим и силовым выражениями поверхностного натяжения, а также зависимость поверхностного натяжения от температуры;

· представить обобщенно все поверхностные явления вследствие самопроизвольных процессов за счет уменьшения поверхностного натяжения и площади поверхности раздела фаз, а также вскрыть причины дополнительного избытка поверхностной энергии над искривленной поверхностью;

· рассмотреть виды и причины адгезии, особенности адгезии жидкости и изменения краевого угла, характеризующего смачивание твердых поверхностей;

· показать причины, механизм и способы выражения адсорбции и представить адсорбцию количественно как самопроизвольный процесс, при помощи фундаментального уравнения адсорбции Гиббса;

· описать аналитически изотерму адсорбции при помощи уравнений Генри, Фрейндлиха и Ленгмюра;

· рассмотреть особенности адсорбции поверхностно-активных веществ ПАВ, изотерму поверхностного натяжения и уравнение Шишковского, определение предельной адсорбции и размеров адсорбционного слоя, поверхностную активность и правило Траубе-Дюкло, суть гидрофобных взаимодействий и методов определения поверхностного натяжения; дать характеристику твердых пористых адсорбентов и показать применимость уравнений Гиббса, Ленгмюра, Генри и Фрейндлиха для адсорбции путем заполнения объема микропор и капиллярной конденсации;

· подчеркнуть особенности адсорбции на границе твердое тело-жидкость молекул ПАВ в соответствии с правилом уравнивания полярности и адсорбционным понижением прочности, ионов, путем ионного обмена;

· уяснить причины самопроизвольного заряда поверхности на границе твердого тела с жидкостью, структуру двойного электрического слоя и значение дзета-потенциала, суть электрокинетических явлений – электрофореза, электроосмоса, потенциалов седиментации и течения, возможность определения скорости электрофореза и потенциала течения;

1.3. Изучив теорию, студент должен знать:

· Количественные характеристики дисперсных систем, формулы для их расчета;

· Классификацию дисперсных систем по дисперсности, агрегатному состоянию фаз, по взаимодействию дисперсной фазы и дисперсионной среды, по характеру межчастичного взаимодействия;

· Сущность поверхностного натяжения, почему оно возникает;

· Условия самопроизвольного протекания процессов в поверхностном слое;

· Сущность процесса адсорбции;

· Понятия «избыточная», «абсолютная» и «удельная» адсорбция;

· Особенности физической и химической адсорбции;

· Понятия «поверхностно-активные « и «поверхностно-инактивные» вещества, «поверхностная активность»;

· От чего зависит поверхностная активность ПАВ;

· Сущность теории мономолекулярной адсорбции Ленгмюра;

· Уравнения Гиббса, Шишковского, Ленгмюра, Фрумкина, какие зависимости каждое из них выражает;

· Основные положения теорий мономолекулярной и полимолекулярной адсорбции газов на твердых поверхностях;

· Уравнения Фрейндлиха, Ленгмюра, БЭТ, Кельвина, что они характеризуют;

· Факторы, от которых зависит адсорбция газов и паров на непористых и пористых адсорбентах;

· Факторы, от которых зависит молекулярная адсорбция;

· От чего зависит ионная адсорбция;

· Сущность явлений смачивания и адгезии, чем они обусловлены

1.4. Уметь:

· Строить изотерму поверхностного натяжения и определять графическу поверхностную активность;

· Рассчитывать поверхностную активность по уравнению Гиббса;

· Рассчитывать поверхностное натяжение по уравнению Шишковского;

· Строить изотерму гиббсовской адсорбции и определять предельную адсорбцию ПАВ;

· Исходя из предельной адсорбции, рассчитывать поперечный размер S₀ и длину молекул δ.

· Объяснять характер различных изотерм адсорбции;

· Определять величины Г_∞ и в с помощью уравнения Ленгмюра;

· Графически решать уравнение БЭТ;

· Предсказывать величину молекулярной адсорбции в зависимости от природы адсорбента, состава и строения адсорбтива, природы растворителя;

· Сопоставлять величины ионной адсорбции различных ионов на поверхности кристаллов;

· Рассчитывать угол смачивания и работу адгезии;