ПРИМЕРНАЯ ПРОГРАММА
дисциплины
"КОЛЛОИДНАЯ ХИМИЯ"
для студентов геологических факультетов

специализация 011107-геология и разведка месторождений полезных ископаемых специальности 011100 - Геология

Объем курса: 16 час. - лекции, 4 час. - семинары, 8час. - практические занятия.

ВВЕДЕНИЕ

Определение коллоидной химии - науки, изучающей условия образования, поверхностные явления и устойчивость дисперсных систем. Классификация дисперсных систем по размерам частиц (дисперсности), агрегатному состоянию дисперсной фазы и дисперсионной среды, структуре, интенсивности молекулярных взаимодействий на поверхности раздела дисперсная фаза/дисперсионная среда. Дисперсное состояние вещества как общее состояние материи. Роль коллоидной химии в понимании процессов образования минералов, горных пород и месторождений полезных ископаемых.

ОБРАЗОВАНИЕ ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ

Лиофобные дисперсные системы. Конденсационные (физические и химические) способы образования лиофобных дисперсных систем. Основные представления об образовании и росте зародышей новой фазы. Образование дисперсных систем при диспергировании.

Лиофильные дисперсные системы. Критерий Ребиндера-Щукина (образования лиофильных дисперсных систем). Дисперсии бентонитовых глин как промежуточные между лиофильными и лиофобными системами.

Образование дисперсных систем в природных условиях: образование аэрозолей при извержении вулканов, выветривание минералов и горных пород, глубинное выветривание, образование почвенного покрова.

МОЛЕКУЛЯРНО-КИНЕТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ

Броуновское движение. Диффузия в дисперсных системах. Уравнение Эйнштейна. Диффузионные явления в гелях - явления ритмического образования осадков.

Седиментация в дисперсных системах. Седиментационно-диффузионное равновесие Перрена-Больцмана.

Методы дисперсионного анализа (ситовой, седиментационный, микроскопический, электронная микроскопия). Седиментационный анализ. Распределение частиц по размерам. Определение удельной поверхности порошков.

Оптические свойства дисперсных систем

Рассеяние света в коллоидных системах. Эффект Тиндаля. Закон Релея, условия его применимости. Окраска минералов.

ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ПОВЕРХНОСТИ РАЗДЕЛА ФАЗ

Поверхность раздела фаз, ее силовое поле. Удельная свободная поверхностная энергия (поверхностное натяжение) как характеристика этого поля. Связь поверхностного натяжения с энергией межмолекулярного взаимодействия в конденсированной фазе; энергия когезии. Удельная свободная поверхностная энергия твердых тел. Энергия поверхности раздела двух конденсированных фаз; энергия адгезии; энергия границ зерен в минералах и горных породах.

Смачивание. Краевой угол. Уравнение Юнга. Гидрофильные и гидрофобные поверхности. Термодинамическое условие смачивания и растекания. Избирательное смачивание.

Капиллярные явления. Закон Лапласа и его следствия. Зависимость давления насыщенного пара и растворимости от кривизны поверхности раздела контактирующих фаз. Закон Томсона-Кельвина. Поднятие жидкой фазы по капиллярам как одна из форм массопереноса в природных условиях.

Роль процессов изотермической перегонки в образовании вторичных рудных месторождений.

Основные методы измерения поверхностного натяжения на разных границах раздела фаз.

АДСОРБЦИЯ НА РАЗЛИЧНЫХ ПОВЕРХНОСТЯХ
РАЗДЕЛА ФАЗ И ВЛИЯНИЕ АДСОРБЦИОНЫЫХ СЛОЕВ
НА СВОЙСТВА ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ

Адсорбция как самопроизвольный процесс сгущения массы компонентов на границе раздела фаз.

Поверхностно-активные вещества (ПАВ), их химическая природа; зависимость поверхностного натяжения от концентрации водных растворов ПАВ. Уравнение Шишковского. Поверхностно-инактивные вещества.

Адсорбционное уравнение Гиббса поверхностная активность ПАВ, правило Дюкло-Траубе. Строение адсорбционных слоев. Понятие о двухмерном состоянии вещества в поверхностном слое.

Мицеллобразующие ПАВ.

Адсорбция ПАВ из растворов на твердой поверхности. Понятие о физической адсорбции и хемосорбции. Теория Ленгмюра. Правило уравнивания полярностей по Ребиндеру. Влияние адсорбционых слоев ПАВ на смачивание; гидрофилизация и гидрофобизация поверхностей.

Коллоидно-химические способы повышения эффективности извлечения ценных компонентов из пород; понятие о флотации.

Изменение поверхностного натяжения на границе раздела твердое тело-жидкая фаза. Относительность понятия "поверхностно-активное вещество".

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ

Образование и строение двойного электрического слоя (теории Гельмгольца, Гуи-Чепмена, Штерна); строение мицелл гидрофобных золей.

Электрокинетические явления: электрофорез, электроосмос, потенциалы протекания и оседания. Электрокинетический потенциал. Влияние электролитов на электрокинетический потенциал. Практическое значение электрокинетических явлений и их использование для разведки полезных ископаемых, осушения грунтов, в процессах интенсификации добычи нефти.

УСТОЙЧИВОСТЬ ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ

Агрегативная и седиментационная устойчивость лиофобных дисперсных систем. Общие представления о современной теории устойчивости дисперсных систем (теория ДЛФО). Факторы, определяющие агрегативную устойчивость дисперсных систем. Структурно-механический барьер по Ребиндеру.

Потеря агрегативной устойчивости при коагуляции гидрофобных золей электролитами. Правило Шульце-Гарди. Пептизация. Пептизация в природных дисперсных системах. Роль коагуляции в образовании вторичных месторождений полезных ископаемых.

СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЕ В ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМАХ

Коагуляционные и конденсационно-кристаллизационные структуры. Условия их образования. Природа контактов между элементами структуры. Механические свойства коагуляционных и кристаллизационных структур. Тиксотропные системы. Роль тиксотропии в природных и технологических процессах.

Понятие о физико-химической механике. Влияние адсорбционно-активной среды на механические свойства твердых тел. Эффект Ребиндера, его роль в протекании природных и технологических процессов: влияние флюидов на механические свойства горных пород.

КОЛЛОИДНО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОХРАНЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Методы разрушения дисперсных систем (коагуляция, коалесценция, флокуляция, механические методы). Разрушение аэрозолей. Очистка сточных вод от поверхностно-активных веществ, от токсичных веществ; использование процессов адсорбции, ионного обмена, коагуляции для этой цели.

ЛИТЕРАТУРА

Основная

Малахова А.Я. Физическая и коллоидная химия. М.: Высш. шк., 1981.

Хмельницкий Р.А. Физическая и коллоидная химия. М.: Высш. шк., 1988.

Зимон Д.А., Лещенко Н.Ф. Коллоидная химия. М.: Химия, 1995 .

Дополнительная

Фридрихсберг Д.А. Курс коллоидной химии. М.: Химия, 1995.

Перельман А.И. Геохимия. М.: Высш. шк., 1979.

Чухров Ф.В. Коллоиды в земной коре. Изд. АН СССР. 1955.

Программу составила:
Н.И.Иванова, доц.
(Московский государственный университет)