Коллоидная химия

Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное Государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
Санкт-петербургский Государственный Университет
промышленных технологий и дизайна
Е.И.Зайцева С.Ф.Гребенников Р.И.Ибрагимова
Коллоидная химия
Дисперсные системы
и поверхностные явления
Утверждено Редакционно-издательским советом университета
в качестве учебного пособия
Санкт-Петербург
2015

Стоимость решения задач по коллоидной химии уточняйте при заказе.
Решение задач подробно расписано в формате Word. На почту высылаем файл word + копию в pdf.
Выполнены следующие задачи по коллоидной химии (можно купить онлайн):

Определите средний диаметр частиц гидрозоля гидроксида железа, если удельная поверхность раздела фаз равна 4,8⋅10^-4 м²/кг, плотность частиц равна 1,1 г/см³. Определите, к какому типу (согласно принятым классификациям) относится дисперсная система.

Рассчитайте полную поверхностную энергию 10г эмульсии гексана в воде с концентрацией 70 % масовых и дисперсностью D = 1 мкм^-1 при температуре 298 К. Плотность гексана при этой температуре 0,655 г/см ³, поверхностное натяжение 18,41 мДж/м², температурный коэффициент поверхностного натяжения гексана dσ /dT = – 0,104 мДж/(м² К).

Определите количество образовавшихся частиц и их суммарную поверхность, если при дроблении 5.0 г Al плотностью 2.70 г/см³ получены частицы кубической формы с длиной ребра 2·10^-5см. Определите, к какому типу (согласно принятым классификациям) относится дисперсная система, если дисперсионная среда а) жидкость; б) воздух.

Определите энергию Гиббса поверхности 5г тумана воды, если поверхностное натяжение воды σ = 71,96·10^-3 Дж/м², плотность воды ρ =0,997·10³ кг/м³, дисперсность частиц тумана D = 60 мкм^-1.

Рассчитайте дисперсность D эмульсии бензола в воде. Полная поверхностная энергию 5 г эмульсии с концентрацией 75 % (масс) и при температуре 313 К. равна 3,81 Дж. Плотность бензола при этой температуре равна 0,858 г/см³, поверхностное натяжение σ = 32,0 мДж/м², температурный коэффициент поверхностного натяжения бензола dσ/dT = - 0,13 мДж/(м² К)

Определите удельную поверхность пылевидного топлива, если известно, что его плотность равна 1,68 г/см³, а средний диаметр частиц равен1,5·10^-3мм. Определите, к какому типу (согласно принятым классификациям)относится дисперсная система, если дисперсионная среда а) жидкость; б) воздух.

Определите поверхностное натяжение водного раствора NaCl, если после взбалтывания его с бензолом межфазное натяжение составляет 0,0454 Дж/м². Поверхностное натяжение бензола на границе с воздухом составляет 0,0288 Дж/м².

Вычислите коэффициент растекания олеиновой кислоты по поверхности воды при 20 °С. Поверхностное натяжение воды, кислоты и межфазное натяжение соответственно равны 0,0728, 0,0323 и 0,0160 Дж/м². Будет ли кислота растекаться по поверхности воды?

Работы когезии бензола и гептиловой кислоты соответственно равны 0,0577 и 0,0556 Дж/м², а работы адгезии равны 0,0666 и 0,0948 Дж/м².
Какая из этих жидкостей будет лучше растекаться по воде? Объясните различие в коэффициентах растекания.

Взяты вещества: гептан и гептиловая кислота. Какое из них будет лучше растекаться по воде, если работы когезии соответственно равны 0,0402 и 0,0556 Дж/м², а работы адгезии равны 0,0419 и 0,0948 Дж/м². Объясните различие в коэффициентах растекания.

Теплота смачивания графита водой равна 6,285 кДж/кг, а бензолом составляет 6,704 кДж/кг. Является ли данная поверхность гидрофильной?

Для сероуглерода и гептиловой кислоты определены значения работы когезии: (W_k равны соответственно 0,0628 и 0,0556 Дж/м² ), и работы адгезии (W_а равны 0,0558 и 0,0948 Дж/м² ). Какое из них будет растекаться по воде?

Вычислите поверхностное натяжение раствора масляной кислоты по методу Ребиндера, если давление пузырька при проскакивании его в воду равно 12,3·10²Н/м², а в раствор кислоты составляет 10,1·10²Н/м². Поверхностное натяжение воды равно 72,75·10 ^-3Н/м.

Вычислите поверхностное натяжение водного раствора паратолуидина, если пузырек в раствор проскакивает при давлении 6,34·10² Н/м², а в воду при давлении 9,55·10² Н/м². Поверхностное натяжение воды при 20 °С равно 72,75·10^-3 Н/м.

Для определения поверхностного натяжения воды взвешивают капли, отрывающиеся от капилляра и измеряют диаметр шейки капли в момент ее отрыва. Оказалось, что масса 318 капель воды равна 5 г, а диаметр шейки капли – 0,7 мм. Рассчитайте поверхностное натяжение воды.

На какую высоту поднимается вода между двумя вертикальными стеклянными пластинками, частично погруженными в эту жидкость, если расстояние между ними 0,5 мм? Плотность и поверхностное натяжение воды соответственно равны 0,997 г/см³ и 71.96 мДж/м². Краевой угол примите равным 0°.

Между двумя параллельными пластинками находится слой воды толщиной 0,5 мкм. Рассчитайте давление, сжимающее пластины, если угол смачивания равен нулю, поверхностное натяжение воды равно 71,96 мДж/м².

Вычислите поверхностное натяжение ацетона при 283 К, если методом наибольшего давления пузырька газа получены следующие данные: давление пузырька при проскакивании его в воду равно 14,1·10² Н/м ², а в ацетон составляет 4,75·10² Н/м². Поверхностное натяжение воды при 10 °С равно 74,22·10^-3 Н/м.

Вычислить среднеквадратичный сдвиг частиц при броуновском движении частиц эмульсии с радиусом 6,5∙10^-6м за 1с, вязкость среды η = 10^-3 Па∙с, температура 288 К.

Определите высоту, на которой после установления диффузионно-седиментационного равновесия концентрация частиц гидрозоля селена уменьшится вдвое. Частицы золя сферические, дисперсность частиц:
а) 0,2 нм^-1;
б) 0,1 нм^-1 ;
в) 0,01 нм^-1 .
Плотность селена примите равной 4,81 г/см³ , плотность воды 1 г/см³ , температура 298 К.

Определите высоту, на которой после установления диффузионно-седиментационного равновесия концентрация частиц гидрозоля SiO₂ уменьшится вдвое. Частицы золя сферические, дисперсность частиц: а) 0,2 нм^-1 ; б)0,1 нм^-1; в) 0,01 нм^-1. Плотность SiO₂ 2,7 г/см³, плотность воды 1 г/см³, температура 298К.

Определите частичную концентрацию золя Al₂O₃ исходя из следующих данных: массовая концентрация 0,3 г/л, коэффициент диффузии сферических частиц золя 2∙10^-6 м²/сут, плотность Al₂O₃ 4 г/см³, вязкость среды 1∙10^-3 Па∙c, температура 293 К.

Удельная поверхность сферических частиц гидрозоля диоксида кремния составляет: 2,1∙10⁵ м²/кг, плотность диоксида кремния 2,7 г/см³, вязкость дисперсионной среды 1∙10^-3 Па∙c, температура 293 К. Определите проекцию среднего сдвига частиц золя за время 6 с.

Определите радиус частиц суспензии гуммигута в воде, если среднеквадратичный сдвиг равен 7,09 мкм за время 30 с, температура опыта 290 К, вязкость среды 1,1∙10^-3Па∙с.

Рассчитайте, во сколько раз интенсивность рассеянного света дисперсной системой больше (или меньше) при освещении светом с длиной волны λ₁ или длиной волны λ₂. Светорассеяние происходит в соответствии с уравнением Рэлея и интенсивности падающих монохроматических пучков света равны:
λ₁=310 нм
λ₂=490 нм.

Рассчитайте, во сколько раз интенсивность рассеянного света дисперсной системой больше (или меньше) при освещении светом с длиной волны λ₁= 380 нм или длиной волны λ₂=490 нм. Светорассеяние происходит в соответствии с уравнением Рэлея и интенсивности падающих монохроматических пучков света равны:

По ультрамикроскопическим данным вычислите средний линейный размер коллоидных частиц серебра. Концентрация серебра и соответствующие им средние числа частиц ν, подсчитанные в объеме 1∙10^-6 м³, приведены в таблице. Плотность серебра 10,5∙10³ кг/м³.
С = 0,8∙10^-15, кг/м³
ν = 16,3

С помощью метода поточной ультрамикроскопии в объеме равном 2,2·10^-11 м³, подсчитано 80 частиц дыма мартеновских печей. Массовая концентрация аэрозоля равна 1·10^-4 кг/м³, плотность составляет 2·10³ кг/м³. Рассчитайте среднюю длину ребра частицы, принимая их форму за кубическую.

Используя закономерности светорассеяния в соответствии с теорией Рэлея и ослабления светового потока в соответствии с законом Бугера-Ламберта-Бера, рассчитайте радиус частиц дивинилстирольного латекса, если концентрация латекса 0,2 г/л, длина волны падающего света λ равна 400 нм, оптическая плотность А равна 0,347 в кювете длиной 5,01 см. Показатель преломления воды равен 1,333, плотность и показатель преломления дисперсной фазы равны соответственно 0,945 г/см³ и 1,653.

Свет с длиной волны 540 нм и начальной интенсивностью I₀ проходит через слой эмульсии тетралина в воде толщиной 5 см. Рассчитайте долю прошедшего света I_п/I₀, если радиус частиц эмульсии 10 нм. Содержание дисперсной фазы 0,05 % (об), показатели преломления тетралина и воды n₁ =1,540, n₀ = 1,333.

Коллоидный раствор (золь) АД получен при смешивании V₁ мл водного раствора АЕ с молярной концентрацией С₁ и V₂ мл водного раствора ВД с молярной концентрацией С₂ (данные для решения приведены в табл. 3.1).
1) Напишите уравнение реакции и определите, какой из продуктов реакции образует золь.
2) Рассчитайте, какое из исходных веществ – АС или ВД – взято в избытке.
3) Напишите формулу мицеллы образовавшегося золя АД и укажите заряд коллоидной частицы (гранулы).
4) Определите, к какому электроду и какая часть мицеллы будет перемещаться при электроосмосе.
5) Для данных электролитов: K₂SO₄, NaNO₃, Na₃PO₄, MgCl₂, CdSO₄, Al₂(SO₄)₃:
а) определите, какой из ионов электролита будет вызывать коагуляцию, и расположите ионы в ряд в порядке уменьшения порога коагуляции;
б) рассчитайте пороги коагуляции С_к в золе АД для каждого из предложенных электролитов, используя правило Шульца-Гарди или закономерность Дерягина-Ландау, если порог коагуляции гидрозоля АД под действием электролита KNO₃ равен С_к (табл. 3.1).

Коллоидный раствор (золь) АД получен при смешивании V₁ мл водного раствора АЕ с молярной концентрацией С₁ и V₂ мл водного раствора ВД с молярной концентрацией С₂ (данные для решения приведены в табл. 3.1).
1) Напишите уравнение реакции и определите, какой из продуктов реакции образует золь.
2) Рассчитайте, какое из исходных веществ – АС или ВД – взято в избытке.
3) Напишите формулу мицеллы образовавшегося золя АД и укажите заряд коллоидной частицы (гранулы).
4) Определите, к какому электроду и какая часть мицеллы будет перемещаться при электроосмосе.
5) Для данных электролитов: K₂SO₄, NaNO₃, Na₃PO₄, MgCl₂, CdSO₄, Al₂(SO₄)₃:
а) определите, какой из ионов электролита будет вызывать коагуляцию, и расположите ионы в ряд в порядке уменьшения порога коагуляции;
б) рассчитайте пороги коагуляции С_к в золе АД для каждого из предложенных электролитов, используя правило Шульца-Гарди или закономерность Дерягина-Ландау, если порог коагуляции гидрозоля АД под действием электролита KNO₃ равен С_к (табл. 3.1).

Коллоидный раствор (золь) АД получен при смешивании V₁ мл водного раствора АЕ с молярной концентрацией С₁ и V₂ мл водного раствора ВД с молярной концентрацией С₂ (данные для решения приведены в табл. 3.1).
1) Напишите уравнение реакции и определите, какой из продуктов реакции образует золь.
2) Рассчитайте, какое из исходных веществ – АС или ВД – взято в избытке.
3) Напишите формулу мицеллы образовавшегося золя АД и укажите заряд коллоидной частицы (гранулы).
4) Определите, к какому электроду и какая часть мицеллы будет перемещаться при электроосмосе.
5) Для данных электролитов: K₂SO₄, NaNO₃, Na₃PO₄, MgCl₂, CdSO₄, Al₂(SO₄)₃:
а) определите, какой из ионов электролита будет вызывать коагуляцию, и расположите ионы в ряд в порядке уменьшения порога коагуляции;
б) рассчитайте пороги коагуляции С_к в золе АД для каждого из предложенных электролитов, используя правило Шульца-Гарди или закономерность Дерягина-Ландау, если порог коагуляции гидрозоля АД под действием электролита KNO₃ равен С_к (табл. 3.1).

Коллоидный раствор (золь) АД получен при смешивании V₁ мл водного раствора АЕ с молярной концентрацией С₁ и V₂ мл водного раствора ВД с молярной концентрацией С₂ (данные для решения приведены в табл. 3.1).
1) Напишите уравнение реакции и определите, какой из продуктов реакции образует золь.
2) Рассчитайте, какое из исходных веществ – АС или ВД – взято в избытке.
3) Напишите формулу мицеллы образовавшегося золя АД и укажите заряд коллоидной частицы (гранулы).
4) Определите, к какому электроду и какая часть мицеллы будет перемещаться при электроосмосе.
5) Для данных электролитов: K₂SO₄, NaNO₃, Na₃PO₄, MgCl₂, CdSO₄, Al₂(SO₄)₃:
а) определите, какой из ионов электролита будет вызывать коагуляцию, и расположите ионы в ряд в порядке уменьшения порога коагуляции;
б) рассчитайте пороги коагуляции С_к в золе АД для каждого из предложенных электролитов, используя правило Шульца-Гарди или закономерность Дерягина-Ландау, если порог коагуляции гидрозоля АД под действием электролита KNO₃ равен Ск (табл. 3.1).

Коллоидный раствор (золь) АД получен при смешивании V₁ мл водного раствора АЕ с молярной концентрацией С₁ и V₂ мл водного раствора ВД с молярной концентрацией С₂ (данные для решения приведены в табл. 3.1).
1) Напишите уравнение реакции и определите, какой из продуктов ре-акции образует золь.
2) Рассчитайте, какое из исходных веществ – АС или ВД – взято в избытке.
3) Напишите формулу мицеллы образовавшегося золя АД и укажите заряд коллоидной частицы (гранулы).
4) Определите, к какому электроду и какая часть мицеллы будет перемещаться при электроосмосе.
5) Для данных электролитов: K₂SO₄, NaNO₃, Na₃PO₄, MgCl₂, CdSO₄, Al₂(SO₄)₃:
а) определите, какой из ионов электролита будет вызывать коагуляцию, и расположите ионы в ряд в порядке уменьшения порога коагуляции;
б) рассчитайте пороги коагуляции С_к в золе АД для каждого из предложенных электролитов, используя правило Шульца-Гарди или закономерность Дерягина-Ландау, если порог коагуляции гидрозоля АД под действием электролита KNO₃ равен С_к (табл. 3.1).

Коллоидный раствор (золь) АД получен при смешивании V₁ мл водного раствора АЕ с молярной концентрацией С₁ и V₂ мл водного раствора ВД с молярной концентрацией С₂ (данные для решения приведены в табл. 3.1).
1) Напишите уравнение реакции и определите, какой из продуктов реакции образует золь.
2) Рассчитайте, какое из исходных веществ – АС или ВД – взято в избытке.
3) Напишите формулу мицеллы образовавшегося золя АД и укажите заряд коллоидной частицы (гранулы).
4) Определите, к какому электроду и какая часть мицеллы будет перемещаться при электроосмосе.
5) Для данных электролитов: K₂SO₄, NaNO₃, Na₃PO₄, MgCl₂, CdSO₄, Al₂(SO₄)₃:
а) определите, какой из ионов электролита будет вызывать коагуляцию, и расположите ионы в ряд в порядке уменьшения порога коагуляции;
б) рассчитайте пороги коагуляции С_к в золе АД для каждого из предложенных электролитов, используя правило Шульца-Гарди или закономерность Дерягина-Ландау, если порог коагуляции гидрозоля АД под действием электролита KNO₃ равен С_к (табл. 3.1).

По приведенным ниже опытным данным адсорбции N₂O на древесном угле графически определите:
а) константы уравнения Фрейндлиха и Ленгмюра;
б) запишите уравнения Фрейндлиха и Ленгмюра с учетом полученных констант;
в) пользуясь константами уравнения Ленгмюра, постройте изотерму адсорбции Ленгмюра

По экспериментальным данным адсорбции углекислого газа на активированном угле найдите константы в уравнении Ленгмюра, рассчитайте и постройте изотерму адсорбции Ленгмюра:

По экспериментальным данным адсорбции паров воды макропористым силикагелем вычислите константы уравнения Ленгмюра графическим способом, постройте изотерму адсорбции Ленгмюра:

По экспериментальным данным адсорбции паров воды макропористым силикагелем вычислите константы уравнения Ленгмюра графическим способом, постройте изотерму адсорбции Ленгмюра:

По уравнению Ленгмюра вычислите величину предельной адсорбции и площадь, занимаемую одной молекулой пропилового спирта на границе раздела водный раствор – воздух при 293К, если постоянная уравнения Шишковского b = 14,4·10 ^-3Дж/м².

Вычислите длину молекулы масляной кислоты, адсорбированной на поверхности раздела водный раствор – воздух, если площадь поперечного сечения молекулы составляет 2,2·10^-19м². Плотность кислоты равна 0,978·10³кг/м³.

По уравнению Ленгмюра вычислите величину адсорбции азота на цеолите при давлении р =1,5·10² Н/м² , если Гмакс= 38,9· 10^-3 кг/кг, К = 15,6.

Вычислите адсорбцию масляной кислоты на поверхности водного раствора с воздухом при 293 К и концентрации 0,5 моль/л, если зависимость поверхностного натяжения от концентрации выражается уравнением Шишковского: σ = σ0 - 16,7 10-3 ln(1+21,5С).

Определите молекулярную массу адсорбата, если известно, что при образовании насыщенного адсорбционного слоя ПАВ на границе раствор – газ, площадь, занимаемая одной молекулой ПАВ, равна 29,7·10^-20м², плотность ПАВ равна 890 кг/м³.

Вычислите площадь, занимаемую одним молем ПАВ при образовании насыщенного монослоя, если известно, что молекулярная масса ПАВ М= 102, ρ = 0,95 г/см³, толщина слоя δ= 7,8 А.

По изотерме БЭТ адсорбции азота при 77К рассчитайте удельную поверхность адсорбента, если площадь, занимаемая одной молекулой азота, S₀= 0,162 нм².

По изотерме БЭТ адсорбции бензола при 293К рассчитайте удельную поверхность адсорбента, если площадь, занимаемая одной молекулой бензола, равна S₀= 0,49 нм².

По изотерме БЭТ адсорбции бензола при 293 К рассчитайте удельную поверхность адсорбента, если площадь, занимаемая одной молекулой бензола, равна S₀ = 0,49 нм².

По изотерме БЭТ адсорбции бензола при 293К рассчитайте удельную поверхность адсорбента, если площадь, занимаемая одной молекулой бензола, равна S₀= 0,49 нм².

По изотерме БЭТ адсорбции бензола при 293К рассчитайте удельную поверхность адсорбента, если площадь, занимаемая одной молекулой бензола, равна S₀= 0,49 нм².

По изотерме БЭТ адсорбции бензола при 293К рассчитайте удельную поверхность адсорбента, если площадь, занимаемая одной молекулой бензола, равна S₀= 0,49 нм².

По экспериментальным данным конденсации паров воды в порах активированного угля при Т= 293К построить:
1) кривую капиллярной конденсации,
2) интегральную и
3) дифференциальную кривые распределения объема пор адсорбента по радиусам (мольный объем адсорбата v_m=18 10^-3м³/моль; σ = 72,5 10^-3Дж/м²).

По экспериментальным данным конденсации паров воды на активированном угле при Т = 293К построить:
1) кривую капиллярной конденсации,
2) интегральную и
3) дифференциальную кривые распределения объема пор адсорбента по радиусам (мольный объем адсорбата v_m= 0,018 м³/моль; σ == 72,5 10^-3 Дж/м²).

Постройте изотермы адсорбции и десорбции, рассчитайте и постройте интегральную кривую распределения объёма пор мезопористого адсорбента по размерам, используя данные о капиллярной конденсации азота при 77 К. При этой температуре молярный объём жидкого азота V_М = 34,6 cм³/моль, поверхностное натяжение σ = 8,72 мДж/м², p_S = 103,7 кПа. Объём паров адсорбированного азота приведён к нормальным условиям.

Постройте изотермы адсорбции и десорбции, рассчитайте и постройте интегральную кривую распределения объёма пор по размерам, используя экспериментальные данные об адсорбции азота на катализаторе СеO₂ при 77 К. Объём адсорбированного азота приведён к нормальным условиям. При 77 К молярный объём азота VМ= 34,6 cм³ /моль, поверхностное натяжение σ = 8,72 мДж/м².

Постройте изотермы адсорбции и десорбции, рассчитайте и постройте интегральную кривую распределения объёма пор по размерам, используя экспериментальные данные об адсорбции азота на SiO₂ при 77К:

Для полного обессоливания методом ионообменной адсорбции Vм³ природной или разбавленной сточной воды последовательно пропускают через колонки, содержащие m₁ кг катионита в Н-форме, ДОЕ_кат моль-экв/кг и m₂кг анионита в ОН-форме, ДОЕ_анио моль-экв/кг (табл. 3.2).
1) Напишите уравнения ионообменных реакций, протекающих на катионите и анионите с участием ионов каждой соли.
2) Определите, в какой последовательности будут адсорбироваться ионы на катионите и анионите, расположив их в ряд по уменьшению адсорбируемости.
3) Пересчитайте концентрацию солей в водном растворе, выраженную в г/л, в молярную концентрацию эквивалентов (моль экв/л) и определите суммарную концентрацию солей в (моль экв/л).
4) Рассчитайте количество (m₁ и m₂, кг) катионита и анионита, достаточного для обессоливания заданного объема воды.

Для полного обессоливания методом ионообменной адсорбции V м³ природной или разбавленной сточной воды последовательно пропускают через колонки, содержащие m₁ кг катионита в Н-форме, ДОЕкат моль-экв/кг и m₂ кг анионита в ОН-форме, ДОЕанио моль-экв/кг (табл. 3.2).
1) Напишите уравнения ионообменных реакций, протекающих на катионите и анионите с участием ионов каждой соли.
2) Определите, в какой последовательности будут адсорбироваться ионы на катионите и анионите, расположив их в ряд по уменьшению адсорбируемости.
3) Пересчитайте концентрацию солей в водном растворе, выраженную в г/л, в молярную концентрацию эквивалентов (моль экв/л) и определите суммарную концентрацию солей в (моль экв/л).
4) Рассчитайте количество (m₁ и m₂, кг) катионита и анионита, достаточного для обессоливания заданного объема воды.

Для полного обессоливания методом ионообменной адсорбции Vм³ природной или разбавленной сточной воды последовательно про-пускают через колонки, содержащие m₁ кг катионита в Н-форме, ДОЕ_кат, моль экв/кг и m₂ кг анионита в ОН-форме, ДОЕ_анио, моль экв/ кг (табл. 3.3).
1) Напишите уравнения ионообменных реакций, протекающих на катионите и анионите с участием ионов каждой соли.
2) Определите, в какой последовательности будут адсорбироваться ионы на катионите и анионите, расположив их в ряд по уменьшению адсорбируемости.
3) Пересчитайте концентрацию солей в водном растворе, выраженную в г/л, в молярную концентрацию эквивалентов (моль экв/л) и определите суммарную концентрацию солей в (моль экв/л).
4) Рассчитайте объем (V, м³) воды, из которого при заданных параметрах процесса можно полностью извлечь соли.

Для полного обессоливания методом ионообменной адсорбции Vм³ природной или разбавленной сточной воды последовательно пропускают через колонки, содержащие m₁ кг катионита в Н-форме, ДОЕ_кат, моль экв/кг и m₂ кг анионита в ОН-форме, ДОЕ_анио, моль экв/ кг (табл. 3.3).
1) Напишите уравнения ионообменных реакций, протекающих на катионите и анионите с участием ионов каждой соли.
2) Определите, в какой последовательности будут адсорбироваться ионы на катионите и анионите, расположив их в ряд по уменьшению адсорбируемости.
3) Пересчитайте концентрацию солей в водном растворе, выраженную в г/л, в молярную концентрацию эквивалентов (моль экв/л) и определите суммарную концентрацию солей в (моль экв/л).
4) Рассчитайте объем (V, м³) воды, из которого при заданных параметрах процесса можно полностью извлечь соли.

Для полного обессоливания методом ионообменной адсорбции Vм³ природной или разбавленной сточной воды последовательно про-пускают через колонки, содержащие m₁ кг катионита в Н-форме, ДОЕ_кат, моль экв/кг и m₂ кг анионита в ОН-форме, ДОЕ_анио, моль экв/ кг (табл. 3.3).
1) Напишите уравнения ионообменных реакций, протекающих на катионите и анионите с участием ионов каждой соли.
2) Определите, в какой последовательности будут адсорбироваться ионы на катионите и анионите, расположив их в ряд по уменьшению адсорбируемости.
3) Пересчитайте концентрацию солей в водном растворе, выраженную в г/л, в молярную концентрацию эквивалентов (моль экв/л) и определите суммарную концентрацию солей в (моль экв/л).
4) Рассчитайте объем (V, м³) воды, из которого при заданных параметрах процесса можно полностью извлечь соли.

Рассчитайте электрофоретическую скорость передвижения частиц золя трисульфида мышьяка по следующим данным: электрокинетический потенциал частиц – 42,3 мВ, расстояние между электродами 0,4 м, внешняя разность потенциалов 149 В, вязкость среды 1·10^-3 Па·с, относительная диэлектрическая проницаемость 80,1.

Рассчитайте электрокинетический потенциал частиц золя Fe(OH)₃ по данным электрофореза: разность потенциалов 170 В, расстояние между электродами 0,45 м, смещение границы золя к катоду составило 12 мм за 30 мин. При температуре опыта, равной 298 К, вязкость дисперсионной (водной) среды 8,94·10^-4 Па·с и относительная диэлектрическая проницаемость среды 78,2.

Рассчитайте величину электрокинетического потенциала на границе кварцевое стекло – водный раствор KCl. Процесс электроосмоса характеризовался следующими данными: сила тока 4·10^-4 А, время перемещения 1·10^-8 м³ раствора составило 12,4 с, удельная электрическая проводимость среды 1,8·10^-2 См·м^-1, вязкость среды 1·10^-3 Па·с, относительная диэлектрическая проницаемость среды 80,1.

Рассчитайте электрокинетический потенциал по экспериментальным данным электрофореза золя гидроксида кремния в растворе C_d(NO₃)₂,если электрофоретическая подвижность V_эф равна 19·10^-9м²/(с·В). Относительная диэлектрическая проницаемость среды 80,1, вязкость 1·10^-3 Па·с,дисперсная фаза перемещается к аноду.

Рассчитайте электрокинетический потенциал частиц суспензии, если электрофоретическая скорость частиц равна 1,99·10^-6 м/с. Напряженность электрического поля составляет 0,57 В/см, относительная диэлектрическая проницаемостьсреды 80,1, вязкость среды 1·10^-3Па·с.

Перед подачей речной воды в цеха завода ее осветляют: вводят в нее электролит – коагулятор и образовавшийся ил отстаивают в специальных отстойниках. Рассчитайте расход Al₂(SO₄)₃ (кг в сутки), если потребность в воде на предприятии 100 000 м³ /сут., а порог коагуляции по NaCl равен 288моль/м³. Считать знак электрических зарядов коллоидных частиц отрицательным.

Рассчитайте расход 26 % раствора Al₂(SO₄)₃ , м₃(ρ = 1300 кг/м³)на подготовку 1000 м³ сточных вод к очистке от коллоидных частиц, если знак их электрических зарядов отрицательный. Порог коагуляции рассматриваемого золя по отношению к NaCl равен 235 моль/ м³.

Сточные воды производства фотоматериалов содержат коллоидное серебро в виде иодида серебра. Рассчитайте расход Al₂(SO₄)₃, кг, на очистку 1000 м³ сточных вод, предполагая, что знак электрических зарядов коллоидных частиц положительный. Пороги коагуляции, моль/м³, для одновалентных ионов − 140; для двухвалентных – 1,98; для трехвалентных – 0,052.

В пробе сточных вод объемом 5,0 ∙10^-2м³после добавления к ней 2,3∙10^-3м³26%-го раствора NaCl (ρ = 1200 кг/м³) появляются хлопья. Определите порог коагуляции рассматриваемого золя по отношению к NaCl.

В сточных водах содержится золь гидроксида алюминия. Рассчитайте порог коагуляции этого золя по NH4Cl, если на коагуляцию частиц из 30 м³ этого золя расходуется 0,33 м³20%-го раствора NH₄ Cl (ρ = 1 060 кг/м³ ).

Рассчитайте, какой объем (м³) раствора 0,01 М Al₂ (SO ₄)₃ требуется для коагуляции 10м³ золя As₂S₃. Порог коагуляции равен 96·10^-6 кмоль/м³.

Теоретические вопросы

Вопрос 1. Объясните механизм взаимной коагуляции. Приведите пример осаждения высокодисперсной взвеси в производственной воде методом взаимной коагуляции.
Вопрос 2. Сформулируйте цель и основные этапы седиментационного анализа дисперсных систем.
Вопрос 3. Какие процессы являются следствием теплового, а значит, и броуновского движения?
Вопрос 4. Реологические свойства свободнодисперсных систем. Уравнения Ньютона и Эйнштейна. Неньютоновские жидкости.
Вопрос 5. Влияние электролитов на электрокинетический потенциал. Зоны коагуляции.
Вопрос 6. Объясните характер распределения противоионов в двойном электрическом слое (в соответствии с теорией Штерна).
Вопрос 7. При каких условиях образуется мицелла лиофобного золя? Объясните ее строение.
Вопрос 8. Часто мутную воду перед использованием в технологических процессах осветляют. Для этого в воду добавляют соли, содержащие многовалентные ионы металлов, например Fe3+. Какие коллоидно–химические процессы протекают в этом случае?
Вопрос 9. Объясните утверждение: «Дисперсные системы являются термодинамически (принципиально) не устойчивыми системами».
Вопрос 10. При каких условиях при структурообразовании возникает система с кристаллизационной структурой? Объясните с позиций теории ДЛФО.
Вопрос 11. В чем заключаются особенности адсорбции микропористыми адсорбентами? Что такое температурная инвариантность?
Вопрос 12. Объясните эффект Ребиндера при разрушении горных пород, контактирующих с оксидными и силикатными расплавами.
Вопрос 13. Растекание органических жидкостей по поверхности воды – одна из основных причин загрязнения естественных водоемов. Объясните этот процесс с позиции термодинамики поверхностных явлений.
Вопрос 14. Объясните сферическую форму капель несмачивающих жидкостей на твердой поверхности с помощью понятия о поверхностном натяжении.
Вопрос 15. В чем заключается гомогенное и гетерогенное образования зародышей новой фазы?
Вопрос 16. Объясните модифицирование поверхности адсорбционными слоями ПАВ.
Вопрос 17.Что называется поверхностным натяжением и удельной свободной поверхностной энергией? Как эти величины связаны между собой? Укажите возможные пути уменьшения поверхностной энергии дисперсной системы.
Вопрос 18. Образование тиксотропно–обратимых систем.
Вопрос 19. Капллярно–пористые тела, их характеристика, классификация.
Вопрос 20. Что такое стабилизаторы, какова их роль в процессах получения дисперсных систем? Приведите примеры.
Вопрос 21. Объясните нейтрализационный и концентрационный механизмы коагуляции в коллоидных системах с жидкой дисперсионной средой.
Вопрос 22. В естественных водоемах, в сточных водах на поверхности твердых частиц возникает двойной электрический слой. Опишите возможные пути его образования.
Вопрос 23. Какие частицы участвуют в броуновском движении? Какова его природа?
Вопрос 24. Что такое седиментационно-диффузионное равновесие? Какие силы ответственны за распределение коллоидных частиц по высоте системы? Напишите и поясните закон Лапласа–Перрена.
Вопрос 25. Какие оптические явления используют для исследования дисперсных систем? Особенности оптических свойств систем с частицами коллоидных размеров.
Вопрос 26. Расклинивающее давление и факторы устойчивости коллоидных систем. Механизм действия электростатического фактора устойчивости.
Вопрос 27. Под действием каких факторов и как внешне проявляется нарушение агрегативной устойчивости коллоидных систем? Как называется этот процесс?
Вопрос 28. Что такое поверхностно–активные вещества (ПАВ)? Каковы особенности строения их молекул? Как они используются в процессах защиты окружающей среды?
Вопрос 29. Приведите известные вам классификации ПАВ (с примерами). Основные свойства ПАВ и области применения.
Вопрос 30. Изобразите график зависимости (изотерму)поверхностного натяжения от концентрации для поверхностно–активных веществ.
Вопрос 31. Объясните понятие поверхностное натяжение. Опишите сталагмо-метрический метод определения поверхностного натяжения. Приведите его расчетную формулу.
Вопрос 32. Что такое поверхностная активность? Как графически определить ее? Сформулируйте правило Дюкло–Траубе. Приведите гомологические ряды веществ, для которых соблюдается это правило.
Вопрос 33. Напишите адсорбционное уравнение Гиббса, назовите величины, входящие в него, и приведите анализ уравнения.
Вопрос 34. Какова причина возникновения избыточной поверхностной энергии?
Вопрос 35. Что такое гидрофильно-липофильный баланс (ГЛБ) ПАВ? Как величина ГЛБ связана с их стабилизирующей способностью? Опишите шкалу ГЛБ.
Вопрос 36. Приведите уравнение Шишковского. Объясните физический смысл констант уравнения. Как с его помощью рассчитать изменение поверхностного натяжения раствора ПАВ по сравнению с чистым растворителем?
Вопрос 37. Какие явления связаны с уменьшением величины межфазной поверхности? Почему уменьшение межфазной поверхности является самопроизвольным процессом?
Вопрос 38. Опишите определение поверхностного натяжения растворов с помощью метода наибольшего давления пузырьков воздуха. Приведите его расчетную формулу.
Вопрос 39. Напишите формулы для расчета толщины адсорбционного слоя и площади, приходящейся на одну молекулу поверхностно-активных веществ в насыщенном адсорбционном слое. Назовите величины, входящие в них.
Вопрос 40. Опишите адсорбцию поверхностно-активных веществ на поверхности раздела «жидкость-газ». Как выглядит изотерма адсорбции в этом случае? Каково строение адсорбционного слоя при различных концентрациях?
Вопрос 41. Какие вещества называются поверхностно-инактивными и поверхностно-неактивными? Приведите примеры. Изобразите изотермы поверхностного натяжения для растворов этих классов веществ.
Вопрос 42. Что такое критическая концентрации мицеллообразования (ККМ) в растворах поверхностно-активных веществ? Опишите методы определения ее по изменению поверхностного натяжения раствора и электрической проводимости.
Вопрос 43. Как ориентируются молекулы поверхностно-активного вещества в адсорбционном слое на поверхности раздела «вода – масло»? Как это используется при стабилизации эмульсий?
Вопрос 44. Что такое когезия и адгезия? Приведите примеры. Какую роль играет адгезия при смачивании веществ? Опишите взаимосвязь когезии и поверхностного натяжения жидкостей.
Вопрос 45. Что такое солюбилизация (прямая и обратная)? Опишите ее применение для эмульсионной полимеризации.
Вопрос 46. Что такое смачивание? Изобразите схематически каплю жидкости на твердой поверхности и покажите краевой угол смачивания. На поверхностях какой природы краевые углы смачивания водой будут больше 90⁰, меньше 90⁰, равны 0? Приведите примеры.
Вопрос 47. Каковы особенности молекулярного строения поверхностно-активных веществ?
Вопрос 48. Как зависит поверхностное натяжение от концентрации поверхностно-активных веществ в растворе?
Вопрос 49. Напишите уравнение Юнга. Какие величины в него входят? Сформулируйте понятие гидрофильности и гидрофобности. Укажите способы определения коэффициента фильности.
Вопрос 50. Опишите молекулярную адсорбцию на поверхности раздела «твердое тело - жидкость». Каковы ее особенности? Что такое адсорбент? Как ориентируются молекулы поверхностно-активных веществ на поверхности твердых адсорбентов?
Вопрос 51. В чем заключается инверсия смачивания и какое практическое значение она имеет? Почему поверхность силикагеля после адсорбции поверхностно-активного вещества становится гидрофобной, а поверхность активированного угля гидрофильной?
Вопрос 52. Сформулируйте правило уравнивания полярностей Ребиндера. Объясните, почему гидрофобные вещества (активированный уголь, графит) лучше адсорбируют поверхностно-активные вещества из водных растворов, а гидрофильные (силикагель)- из углеводородных растворов.
Вопрос 53. Опишите адсорбцию веществ на поверхности раздела «твердое тело-газ». Приведите основные понятия и изложите основные положения теории адсорбции Ленгмюра.
Вопрос 54. Выведите уравнение изотермы адсорбции Ленгмюра. Укажите условия его применимости.
Вопрос 55. Напишите уравнение изотермы адсорбции Ленгмюра и покажите, как рассчитать его константы графическим методом. Каков физический смысл этих констант?
Вопрос 56. Напишите уравнение изотермы адсорбции Фрейндлиха. Покажите, как рассчитать его константы графическим методом.
Вопрос 57. Каков по знаку тепловой эффект адсорбции? Как влияют на адсорбцию повышение и понижение температуры?
Вопрос 58. Чем адсорбция электролитов отличается от молекулярной адсорбции? Что такое ионообменная адсорбция? Как она применяется в процессах защиты и реабилитации водных ресурсов? Объясните на примерах реакций умягчения и обессоливания воды. Действие катионитов и анионитов.
Вопрос 59. Основные положения полимолекулярной теории адсорбции БЭТ. Уравнение изотермы. Особенности адсорбции.
Вопрос 60. Что такое дисперсная система? Перечислите, какие фазы входят в ее состав. Какие вы знаете способы классификации дисперсных систем? Приведите примеры.
Вопрос 61. Опишите способы получения дисперсных систем и методы очистки лиозолей от примесей. Каковы основные условия, при которых могут образоваться лиофобные дисперсные системы?
Вопрос 62. В чем причины броуновского движения? Выведите уравнение Эйнштейна–Смолуховского для расчета величины среднего сдвига (среднего смещения) частиц.
Вопрос 63. Каковы причины диффузии? Приведите уравнения I и II законов Фика. Дайте анализ этих уравнений.
Вопрос 64. Что такое диффузия, скорость диффузии и коэффициент диффузии? Как диффузия и массопередача связаны с градиентом концентрации?
Вопрос 65. Каковы особенности осмоса в лиозолях в сравнении с истинными растворами? Как осмотическое давление зависит от размеров частиц и массы дисперсной фазы лиозолей?
Вопрос 66. Перечислите условия, способствующие устойчивости к оседанию частиц дисперсных систем в жидких и газовых средах. Выведите уравнение Стокса для скорости седиментации. Вопрос 67. Опишите принцип седиментационного анализа дисперсных систем. Изобразите седиментационную кривую и гистограмму распределения частиц по фракциям.
Вопрос 68. Дайте определение понятий «вязкость» и «текучесть». Как вязкость дисперсной системы зависит от концентрации дисперсной фазы? Напишите и проанализируйте уравнение Эйнштейна для вязкости.
Вопрос 69. Какие явления наблюдаются при прохождении луча света через дисперсную систему? Что такое опалесценция? При каких условиях она наблюдается?
Вопрос 70. Напишите и проанализируйте уравнение Релея. Объясните с его помощью голубой цвет опалесценции лио- и аэрозолей, а также неба.
Вопрос 71. Как связаны между собой размеры частиц дисперсной фазы, длина волны падающего света и интенсивность рассеянного света? Почему для светомаскировки применяют синий свет, а для сигнализации в тумане – красный и желтый?
Вопрос 72. Опишите принципиальное устройство нефелометра. Как с его помощью определить концентрацию и размеры частиц дисперсной фазы?
Вопрос 73. Рассмотрите причины и механизм возникновения двойного электрического слоя на границе раздела «твердое тело – жидкость».
Вопрос 74. Каково строение двойного электрического слоя согласно теории Штерна?
Вопрос 75. Что называется поверхностным (электродинамическим) и электро-кинетическим потенциалами дисперсных систем? В чем их отличие? От каких факторов они зависят?
Вопрос 76. Какими методами можно измерить электрокинетический потенциал? Приведите расчетные уравнения известных вам методов.
Вопрос 77. Как влияет присутствие электролитов в дисперсионной среде на строение двойного электрического слоя? Какие специфические явления наблюдаются при введении электролитов и при разбавлении коллоидного раствора?
Вопрос 78. Какое явление называется электрофорезом? При каких условиях направленное движение коллоидных частиц в электрическом поле отсутствует? Что такое электрофоретическая подвижность?
Вопрос 79. Какое явление называется электроосмосом? Что такое поверхность скольжения и дзета–потенциал двойного электрического слоя, возникающего на границе «твердое тело – жидкость»?
Вопрос 80. Что такое потенциал седиментации и потенциал течения? Опишите эксперименты, подтверждающие их возникновение в дисперсных системах.
Вопрос 81. Опишите на конкретном примере строение мицеллы гидрофобного золя. Напишите формулу мицеллы.
Вопрос 82. Напишите формулу мицеллы золя бромида серебра, полученного приливанием к 20см³ 0,01н. водного раствора КВr 10 см³ 0,001н. раствора AgNO3.
Вопрос 83. Изобразите схему строения и напишите формулу мицеллы гидрозоля сульфида ртути (II), стабилизированного сероводородом.
Вопрос 84. Какие существуют виды устойчивости лиофобных золей? Какие факторы их обусловливают?
Вопрос 85. Что такое энтропийно–энтальпийный фактор устойчивости дисперсных систем?
Вопрос 86. Объясните механизм действия электростатического фактора устойчивости.
Вопрос 87. В чем проявляются адсорбционно–сольватационный и структурно– механический факторы устойчивости лиофобных дисперсных систем?
Вопрос 88.Что такое коагуляция? Какие причины могут вызвать коагуляцию золей? По изменению каких свойств коллоидных растворов можно судить о коагуляции?
Вопрос 89. Опишите коагуляцию лиозолей в присутствии электролитов. Приведите правило Шульце – Гарди и лиотропные ряды коагулирующего действия ионов.
Вопрос 90. Что такое скрытая коагуляция? Чем она отличается от явной? Укажите различие между быстрой и медленной коагуляцией. Какое значение ζ потенциала соответствует проявлению каждого из этих видов коагуляции.
Вопрос 91. Что называется порогом коагуляции? Приведите уравнение для его вычисления. Как зависит порог коагуляции от заряда иона электролита? Что такое коагулирующая способность электролита?
Вопрос 92. Изложите основные положения теории коагуляции золей электролитами Дерягина–Ландау–Фервея–Овербека (ДЛФО).
Вопрос 93. Опишите явления, возможные при коагуляции золей смесью двух различных электролитов (аддитивное и антагонистическое действие, синергизм).
Вопрос 94. Опишите коагуляцию коллоидных растворов а) при механическом воздействии; б) под влиянием электрического поля; в) при изменении концентрации частиц золя; г) при нагревании; д) при охлаждении. Приведите примеры.
Вопрос 95. Опишите явление коллоидной защиты. Приведите примеры. Что такое золотое число?
Вопрос 96. Приведите примеры взаимной коагуляции золей. Объясните явление привыкания золей (положительное и отрицательное) к действию электролитов.
Вопрос 97. Что такое эмульсии? Приведите способы классификации эмульсий. Укажите условные обозначения эмульсий различных типов.
Вопрос 98. Что называется эмульгатором? Какими свойствами должна обладать молекула эмульгатора?
Вопрос 99. Перечислите причины разрушения эмульсий. Что такое коалесценция и флокуляция? Какие факторы их вызывают?
Вопрос 100. Что такое ГЛБ эмульгатора? С каким значением ГЛБ эмульгатор пригоден для стабилизации эмульсий типа в/м и м/в?
Вопрос 101. Что такое обращение фаз эмульсий, как можно его осуществить? Каково практическое применение этого явления?
Вопрос 102. Приведите примеры применения эмульсий различного типа (прямых и обратных).
Вопрос 103. Что понимают под устойчивостью эмульсий? Какие факторы повышают устойчивость эмульсий?
Вопрос 104. Опишите механизм стабилизации эмульсий порошками. Укажите стабилизаторы эмульсий типа в/м и м/в среди следующих веществ: мел, сажа, желатин, олеат натрия, гипс, стеарат кальция.
Вопрос 105. Что такое аэрозоли? Опишите физические свойства.
Вопрос 106. Приведите классификацию аэрозолей. Перечислите их положи-тельные и отрицательные свойства. Опишите применение аэрозолей в технике, быту.
Вопрос 107. Что такое аэрозоли? При каких условиях в воздухе предприятий (заводов) образуются аэрозоли? Каковы способы их быстрого разрушения?
Вопрос 108.Каковы оптические свойства аэрозолей? Что такое маскирующая способность аэрозолей?
Вопрос 109. Укажите причины взрывоопасности и электризации аэрозолей, в том числе угольной пыли, талька, муки. Как ускорить седиментацию аэрозолей?
Вопрос 110. Какие дисперсные системы называются суспензиями и пастами? Приведите классификацию суспензий. Опишите их применение.
Вопрос 111. Напишите уравнение для скорости оседания частиц суспензий и проанализируйте его. Перечислите факторы, повышающие устойчивость суспензий.
Вопрос 112. Что такое пены? Опишите их свойства, получение, применение. Какие вещества являются эффективными пенообразователями? Как ускорить разрушение пен?
Вопрос 113. Какие вещества называются высокомолекулярными веществами (ВМВ)? Приведите примеры природных и искусственных ВМВ. Что такое макромолекулы и каково строение макромолекул высокомолекулярных веществ? Что такое конформация молекул?
Вопрос 114. Какие свойства растворов высокомолекулярных веществ являются общими со свойствами коллоидных растворов и почему?
Вопрос 115. Опишите процесс набухания высокомолекулярных веществ. Что такое ограниченное и неограниченное набухание? Дайте определение степени набухания и приведите способы ее расчета.
Вопрос 116. Сформулируйте понятие о динамической и кинематической вязкости жидкостей. Что такое текучесть? Приведите уравнения Ньютона и Пуазейля и проанализируйте их.
Вопрос 117. Опишите особенности явлений осмоса, диффузии и рассеяния света в растворах высокомолекулярных веществ.
Вопрос 118. Опишите тиксотропию, синерезис и особенности диффузии в студнях.
Вопрос 119. Условие образование равновесного краевого угла смачивания. Как влияют на смачивание шероховатость поверхности?
Вопрос 120. Назовите и объясните причины агрегативной неустойчивости дисперсных систем. Объясните механизм взаимной коагуляции. Приведите при-мер осаждения высокодисперсной взвеси в производственной воде методом взаимной коагуляции.