Учебные курсы по химии
для студентов нехимических факультетов МГУ

Коллоидная химия

Программа курса для студентов курса геологического факультета МГУ, специализирующихся на кафедрах инженерной геологии, гидрогеологии и геокриологии.

Тема I. Поверхностные явления в дисперсных системах
Определение и классификация дисперсных систем; характеристики степени дисперсности. Поверхностное натяжение, связь с энергией взаимодействия между молекулами (атомами, ионами) в объеме конденсированной фазе. Работа когезии и адгезии. Смачивание твердых тел жидкостями, уравнение Юнга. Термодинамические условия смачивания, несмачивания и растекания. Избирательное смачивание, гидрофильные и гидрофобные поверхности. Капиллярные явления: капиллярное давление, закон Лапласа. Капиллярное поднятие, стягивающая сила менисков. Значение капиллярных явлений для геологических систем (увлажнение грунтов и горных пород, связность грунтов). Влияние кривизны поверхности (размеров частиц дисперсной фазы) на давление насыщенного пара и растворимость твердых частиц. Закон Томсона (Кельвина). Роль процессов изотермической перегонки, собирательной рекристаллизации, капиллярной конденсации в геологических системах (грунтах, горных породах).
Поверхностно-активные (ПАВ) и поверхностно-инактивные вещества. Изотермы поверхностного натяжения. Уравнение Шишковского. Адсорбция на различных границах раздела фаз. Адсорбционное уравнение Гиббса. Изотерма адсорбции Ленгмюра. Управление смачиванием твердых тел с помощью ПАВ.
Значение адсорбции для геологических систем. Природные ПАВ (гуминовые кислоты, фульвокислоты и др.). Роль адсорбции в очистке воды от загрязняющих веществ. Адсорбционные методы определения удельной поверхности. Коллоидно-химические основы флотационного разделения минералов.

Тема II. Электроповерхностные свойства и образование дисперсных систем
Причины возникновения двойного электрического слоя (ДЭС) на границе твердого тела с водной средой. Модели строения ДЭС. Распределение противоионов в плотной и диффузной частях ДЭС, падение потенциала в ДЭС. Электрокинетические явления: электроосмос, электрофорез, потенциалы и токи течения и cедиментации. Уравнение Гельмгольца-Смолуховского для описания скорости электрофореза. Электрокинетический (ζ-) потенциал. Закономерности ионного обмена между ДЭС и раствором. Роль ионного обмена в природных дисперсных системах. Влияние электролитов на строение ДЭС, величину ζ-потенциала и заряд коллоидных частиц. Практическое использование электрокинетических и электроповерхностных явлений в геологии.
Образование лиофобных свободнодисперсных систем при диспергировании. Зависимость прочности твердых тел от поверхностного натяжения и размеров дефектов. Уравнение Гриффитса. Адсорбционное понижение прочности твердых тел (эффект Ребиндера), условия проявления эффекта Ребиндера, его роль в разрушении грунтов и горных пород. Образование лиофобных дисперсных систем при конденсации (кристаллизации). Гомогенное и гетерогенное образование зародышей новой фазы при фазовых переходах. Процессы конденсации (кристаллизации) при образовании грунтов и горных пород. Физические и химические способы образования природных дисперсных систем. Получение лиофильных дисперсных систем при самопроизвольном диспергировании макрофаз. Мицеллообразование в водных растворах. Солюбилизация. Использование мицеллярных растворов в нефтедобыче.

Тема III. Устойчивость, молекулярно-кинетические и структурно-механические свойства дисперсных систем
Броуновское движение и диффузия в коллоидных системах. Седиментация в дисперсных системах. Седиментационно-диффузионное равновесие. Агрегативная и седиментационная устойчивость дисперсных систем. Изменение свободной поверхностной энергии вследствие самопроизвольных процессов коагуляции, коалесценции, рекристаллизации. Роль тонких пленок в устойчивости дисперсных систем. Расклинивающее давление в тонких пленках (по Дерягину). Факторы стабилизации дисперсных систем. Основы теории ДЛФО. Коагуляция лиофобных золей электролитами. Связь устойчивости (и коагуляции) с величиной ζ-потенциала. Роль процессов коагуляции и флокуляции в геологии.
Структурообразование в дисперсных системах. Классификация дисперсных структур по типу контактов. Контакты между частицами в природных дисперсных структурах. Прочность дисперсных структур. Тиксотропия, ее роль в природе и технике. Элементы реологии. Типы реологического поведения: упругое, вязкое, пластичное, вязко-пластичное. Реологические свойства свободно- и связнодисперсных систем.

Учебный план предусматривает сдачу трех коллоквиумов, содержание которых соответствует темам I, II и III.

Рекомендуемые материалы
для подготовки к коллоквиумам и к теоретическому зачету.

1. Лекции (12 час.)
2. Амелина Е.А. Методическое пособие к курсу коллоидной химии. 2007.
3. Методические разработки к практикуму по коллоидной химии. Составитель и редактор Амелина Е.А. М.:Химфак МГУ, 2005. Гл.III. Гл.IV.
4. Щукин Е.Д., Перцов А.В., Амелина Е.А. Коллоидная химия. М.: Высшая школа. 2006.
5. Малахова А.Я. Физическая и коллоидная химия. Минск.: Высш.шк. 1981.
6. Воюцкий С.С. Курс коллоидной химии. М.: Химия. 1975.

Программа составлена
доц. Соболевой О.А.