Учебные курсы по химии
для студентов нехимических факультетов МГУ

Коллоидная химия

Программа для студентов 3 курса физико-химического факультета

Введение. Коллоидная химия как наука о дисперсных системах и поверхностных явлениях. Основные разделы и направления коллоидной химии. Классификация дисперсных систем:  по фазовому состоянию дисперсной фазы и дисперсионной среды; по размерам частиц. Особенности нанодисперсного состояния вещества. Роль поверхностных явлений в формировании структуры и свойств дисперсных систем, их устойчивости. Лиофильные и лиофобные дисперсные системы. Основные разделы коллоидной химии, связь с другими химическими дисциплинами.
Поверхностные явления в дисперсных системах. Основы термодинамики поверхностных явлений. Температурная зависимость поверхностного натяжения в однокомпонентных системах. Работа когезии. Работа адгезии. Поверхностные явления и межмолекулярные взаимодействия в конденсированных фазах. Дисперсионная и недисперсионная составляющие поверхностной и межфазной энергии.
Смачивание и капиллярные явления. Смачивание и избирательное смачивание. Термодинамические условия смачивания и растекания. Уравнение Неймана. Закон Юнга. Гидрофильные и гидрофобные поверхности. Капиллярные явления. Закон Лапласа. Капиллярное поднятие, уравнение Жюрена, капиллярная постоянная жидкости. Закон Томсона (Кельвина). Методы измерения поверхностного натяжения жидкостей (статические, полустатические, динамические).  Определение поверхностной энергии твердых тел.
Адсорбция поверхностно-активных веществ (ПАВ). Адсорбция; уравнение Гиббса. Поверхностно-активные и поверхностно-инактивные вещества. Поверхностная активность; правило Дюкло-Траубе, его теоретическое обоснование. Уравнения Шишковского и Ленгмюра, связь между ними. Определение молекулярных констант молекул поверхностно-активных веществ. Двухмерное давление, его измерение. Двухмерное состояние вещества, методы его изучения. Изотермы двухмерного давления. Типы поверхностных пленок. Пленки Ленгмюра-Блоджетт. Адсорбция ПАВ на границе раздела жидкость-жидкость, связь с коэффициентом распределения ПАВ между водной и углеводородной фазой. Адсорбция на твердой поверхности из растворов. Применение ПАВ для управления смачиванием и избирательным смачиванием. Классификация и механизмы действия ПАВ. Проблема биоразлагаемости ПАВ.
Электроповерхностные явления. Причины образования двойного электрического слоя  (ДЭС) на поверхности раздела твердое тело – раствор. Модели строения ДЭС. Уравнение Пуассона-Больцмана для диффузной части ДЭС. Зависимость потенциала от расстояния в диффузной части двойного электрического слоя для сильно- и слабозаряженных поверхностей. Ионный обмен. Электрокинетические явления: электрофорез, электрооосмос, потенциал протекания, потенциал оседания. Строение мицеллы гидрофобного золя. Электрокинетический потенциал, влияние электролитов. Лиотропные ряды. Диализ, электродиализ, ультрафильтрация, обратный осмос.
Термодинамически устойчивые дисперсные системы.  Самопроизвольное диспергирование макрофаз; критерий Ребиндера-Щукина. Мицеллобразование и солюбилизация в водных растворах ПАВ, термодинамика мицеллобразования. Методы определения критической концентрации мицеллообразования. Мицеллообразование и солюбилизация в обратных системах. Микроэмульсии, условия образования.
Термодинамически неустойчивые дисперсные системы. Диспергационные методы получения лиофобных систем. Термодинамика гомогенного и гетерогенного образования зародышей новой фазы. Работа образования критического зародыша. Кинетика образования и роста частиц новой фазы. Условия образования нанодисперсных систем.
Молекулярно-кинетические и оптические свойства дисперсных систем. Диффузия и броуновское движение в коллоидных системах; зависимость коэффициента диффузии от размера частиц. Рассеяние света в коллоидных системах. Закон Рэлея, условия его применимости. Индикатрисы светорассеяния. Оптические методы исследования дисперсных систем. Понятие о седиментационной и агрегативной устойчивости дисперсных систем. Роль теплового движения в обеспечении и нарушении седиментационной и агрегативной устойчивости. Седиментация, коагуляция, коалесценция и оствальдово созревания как процессы, приводящие к разрушению дисперсных систем.
Факторы агрегативной устойчивости дисперсных систем. Структурно-механический  барьер и его роль в стабилизации свободно-дисперсных и концентрированных дисперсных систем. Расклинивающее давление и его составляющие. Сложная константа Гамакера. Строение и устойчивость тонких пленок. Основы теории Дерягина-Ландау-Фервея-Овербека. Закономерности коагуляции золей электролитами. Получение и применение аэрозолей, пен и эмульсий. Особенности свойств аэрозолей. Строение и разрушение пен и концентрированных эмульсий. Принципы подбора эмульгаторов для получения прямых и обратных эмульсий. Липосомы и везикулы.
Основы физико-химической механики. Структурообразование в дисперсных системах. Типы контактов в дисперсных системах. Конденсационные и кристаллизационные структуры.  Методы описания механических свойств дисперсных систем. Основные понятия реологии; реологические модели. Явление тиксотропии. Полная реологическая кривая деформации коагуляционной тиксотропной системы. Физико-химические явления в процессах деформации и разрушения твердых тел. Влияние среды на прочность и пластичность твердых тел – эффект Ребиндера. Роль реальной структуры и внешних условий в проявлении эффекта. Теория  Гриффитса. Практические приложения эффекта Ребиндера.