Файл: Физикохимические основы жидкостной хромотографии. Фазовые превращения в двухкомпонентной системе.docx

БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Приборостроительный факультет

Кафедра «Микро- и нанотехника»

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине «Физическая химия»

на тему

«Физико-химические основы жидкостной хромотографии. Фазовые превращения в двухкомпонентной системе»

Исполнитель: студент группы 11310121

Сороко П. А.

Руководитель: доцент, к.т.н.

Колонтаева Т.В.

2023

Содержание

ВВЕДЕНИЕ

Коллоидная химия – раздел физической химии, в котором рассматриваются процессы образования и разрушения дисперсных систем, а также характерные свойства, связанные в основном с поверхностными явлениями на границах раздела фаз в этих системах. Термин «коллоидная химия» связан с тем, что по традиции коллоидами называют наиболее высокодисперсные системы с предельно развитой поверхностью раздела фаз (коллоидные системы). В современном ее значение коллоидная химия является физико-химией дисперсных систем и поверхностных явлений.

Основные направления современной коллоидной химии:

1. Термодинамика поверхностных явлений.

2. Изучение адсорбции ПАВ.

3. Изучение образования и устойчивости дисперсных систем, их молекулярно-кинетических, оптических и электрических свойств.

4. Физика-химическая механика дисперсных структур.

5. Разработка теории и молекулярных механизмов процессов, происходящих в дисперсных системах под влиянием ПАВ, электрических зарядов, механического воздействия и т.п.

Также в коллоидной химии большую главу занимают золи. [10]

Золи – высокодисперсная коллоидная система (коллоидный раствор) с жидкой (лиозоль) или газообразной (аэрозоль) дисперсных средой, в объёме в которой распределена другая (дисперсная) фаза в виде капелек жидкости, пузырьков газа или мелких твердых частиц, размер которых лежит в пределе от

---

м.

Имеется два типа золей:

1. Лиофобные золи

2. Лиофильные золи

Эти два типа золей подвергаются двум процессом: устойчивость и коагуляция.

Процесс коагуляции золя характеризуется определенной величиной скорости коагуляции, которую можно определить как изменение числа коллоидных частиц в единице объема за единицу времени. Скорость коагуляции золя электролитами зависит как от концентрации самого золя, так и от концентрации электролитов. Основным способом коагуляция для этих двух типов золей является коагуляция с помощью электролитов.

Устойчивость золей – способность коллоидных частиц удерживаться во взвешенном состоянии, не подвергаясь седиментации. [6]

1. Физико-химические основы жидкостной хроматографии

1.1 Коллоидная химия. Основные понятия

1.1.1 Коллоидная химия как наука

Под коллоидной химией понимают науку о поверхностных явлениях и дисперсных системах. [3]

К поверхностным явлениям относятся процессы, происходящие на границе раздела фаз, в межфазном поверхностном слое и возникающие в результате взаимодействия сопряженных фаз. Поверхностные явления обусловлены тем, что в поверхностных слоях на межфазных границах вследствие разного состава и строения соприкасающихся фаз и соответственно из-за различия в связях поверхностных атомов и молекул со стороны одной и другой фазы существует ненасыщенное поле межатомных, межмолекулярных сил.

Дисперсные система – наиболее типичные и вместе с тем сложные объекты коллоидной химии, потому что в них проявляется все многообразие поверхностных явлений, формирующих особые объёмные свойства эти систем. Дисперсными системами является большинство окружающих нас реальных тел, поэтому есть основания называть науку о поверхностных явлениях и дисперсных системах физикой и химией реальных тел.

Таким образом, коллоидная химия изучает наиболее распространенное в природе состояние тел – дисперсное состояние и его превращения. Универсальность дисперсного состояния, наличие внешней и внутренней поверхности у большинства реальных тел определяет фундаментальный и общенаучный характер коллоидной химии.

Значение коллоидной химии исключительно велико, так как в ней изучаются не только общие вопросы познания физической сущности окружающего нас материального мира, но и вопросы, тесно и непосредственно связанные с проблемами самой жизни, поскольку все живое состоит из сложнейших комплексов веществ в коллоидном состоянии. [4]

---

Коллоидная химия ставит своей задачей изучение физико-химических свойств:

А. Всех высокодисперсных гетерогенных систем, кладя в основу поверхностные явления на границе фаз;

Б. Высокомолекулярных и высокополимерных соединений — как в твердом состоянии, так и в состоянии раствора. [9]

1.1.2 Основные понятия

Для коллоидной химии характерны два общих признака: гетерогенность и дисперсность. Все особые свойства, характерные для объектов коллоидной химии, является функциями или следствием гетерогенности и дисперсности.

Гетерогенность или многофазность, выступает в коллоидной химии как признак, указывающий на наличие межфазной поверхности, т.е. поверхностного слоя – основного объекта этой науки. Гетерогенность качественно обусловливает характерные особенности дисперсных систем, являясь, таким образом, первичным признаком объектов коллоидной химии.

Дисперсность (раздробленность) – второй признак объектов коллоидной химии – определяется размерами и геометрией частиц дисперсной фазы. Именно дисперсность является важнейшим признаком объектов коллоидной химии, ведь она придает новые свойства не только отдельным элементам дисперсий системы, но и всей дисперсной системе.

Сопоставляя два основных признака коллоидной химии, необходимо отметить, что дисперсность является чисто количественным параметром, характеризующим степень раздробленности, размер межфазной поверхности; гетерогенность же в первую очередь указывает на качественную характеристику объектов, что более важно при установлении отличительных особенностей объектов той или иной науки. [4]

Структурной и кинетической единицей коллоидных систем является не ион и не молекула в обычном смысле, а либо комплекс (агрегат), состоящий из большого числа обычных молекул, атомов или ионов, называемы мицеллой, либо макромолекула, т. е. молекула-полимер «гигантских» размеров, обладающая молекулярным весом в десятки и сотни тысяч углеродных единиц. [9]

1.2 Колоидные системы. Классификация.

1.2.1 Колоидные системы

Коллоидной системой (золем) называется гетерогенная система, в которой одна из фаз представлена мелкими частицами, равномерно распределенными в объеме другой однородной фазы. Это ультрамикрогетерогенные системы, состоящие из частиц дисперсной фазы –

---

совокупности раздробленных частиц, размер которых лежит в пределах 10-9 м – 10-5 м, и непрерывной дисперсионной среды, в которой распределены эти частицы.

Раздробленность дисперсной фазы характеризуется степенью дисперсности δ, которая является величиной, обратной среднему диаметру (м-1):

		1	(4.1)
		d

Удельная поверхность – это отношение общей площади поверхности дисперсной фазы Sд.ф. к еѐ общему объему или к ее массе:

S уд.,V		Sдисп..фазы	, м-1 или	S уд.,m	Sдисп.фазы.	, м2/г
		Vдисп..ф.			mдисп.фазы.

Коллоидное состояние вещества имеет два основных признака ––дисперсность и гетерогенность.

Для получения коллоидных растворов необходимо:

1)достичь коллоидной степени дисперсности;

2)подобрать дисперсионную среду, в которой нерастворимо вещество дисперсный фазы;

3)подобрать третий компонент – стабилизатор, сообщающий коллоидной системе устойчивость. В качестве стабилизаторов используют вещества, препятствующие агрегации (слипанию) коллоидных частиц в более крупные и выпадению их в осадок (небольшой избыток одного из реагентов, из которых получается вещество дисперсной фазы; ПАВ; белки; полисахариды).

1.1.2 Классификация колоидных систем

В основе классификаций лежат различные свойства дисперсных систем: размер частиц дисперсной фазы, агрегатное состояние дисперсной фазы и дисперсионной среды

---

, характер взаимодействия дисперсной фазы с дисперсионной средой, структурно-механические и др. свойства.

Классификация по агрегатному состоянию фаз.

	Агрегатное состояние дисперсной фазы	Агрегатное состояние дисперсионной среды	Условное обозначение, ф/с	Название системы	Примеры
	ж	г	ж/г	аэрозоли	Туман, слоистые облака
	тв	г	тв/г		Дымы, пыли, перистые облака
				газовые эмульсии,	Газированная вода, мыльная пена,
	г	ж	г/ж		лечебный кислородный коктейль,
				пены
					пивная пена
	ж	ж	ж/ж	эмульсии	Молоко, масло сливочное,
					маргарин, кремы и т.д.
	тв	ж	тв/ж	лиозоли, суспензии	Естественные водоѐмы, краски,
					красители для ткани
					Пемза, твѐрдые пены, пенопласт,
	г	тв	г/тв	твѐрдые пены	активированный уголь, пенобетон,
					хлеб, пористые тела в газе
					Вода в парафине, природные
	ж	тв	ж/тв	твѐрдые эмульсии	минералы с жидкими включениями,
					древесина
	тв	тв	тв/тв	твѐрдые золи	Сталь, чугун, цветные стѐкла,
					драгоценные камни

---