Контрольные задания

Вопросы

1. Охарактеризуйте предмет коллоидной химии. Какие вопросы она изучает?

2. Дайте характеристику отличительных признаков дисперсных систем: гетерогенность, раздробленность.

3. Место коллоидно-химических процессов в пищевой технологии.

4. Покажите связь коллоидной химии с защитой окружающей среды.

5. Что такое удельная поверхность и дисперсность? Как выражается концентрация дисперсной фазы?

6. Приведите классификацию, обозначения и название дисперсных систем в зависимости от агрегатного состояния дисперсной фазы и дисперсионной среды.

7. Охарактеризуйте коллоидные (высокодисперсные) системы как разновидность дисперсных систем.

8. Приведите классификацию дисперсных систем в зависимости от размера частиц и вида дисперсной фазы.

9. В чем отличие монодисперсной системы от полидисперсной? Как определить размеры частиц неправильной формы (привести к одному эквивалентному размеру)?

10. Укажите особенности высокодисперсных систем?

11. Объясните происхождение термина коллоидная химия.

12. Какова роль дисперсных систем и коллоидных процессов в природе и технике?

13. Что такое диализ?

14. Какая дисперсность характерна для коллоидных систем?

15. Перечислите признаки дисперсных систем.

16. Что называется удельной поверхностью системы?

17. Сравните размерность дисперсности и удельной поверхности.

18. Какие системы называются полидисперсными?

19. Как произвести разделение суспензии на фракции?

20. Что такое ультрафильтрация?

21. Как выразить дисперсность через диаметр шарообразных частиц?

22. Как можно классифицировать дисперсные системы по размерам частиц?

23. Приведите классификацию дисперсных систем по взаимодействию между дисперсной фазой и жидкой дисперсионной средой.

24. Чем вызвана нескомпенсированность межмолекулярного взаимодействия на границе раздела фаз?

25. Укажите причины появления избытка поверхностной энергии. Что такое удельная свободная поверхностная энергия?

26. Что такое поверхностное натяжение и как его можно выразить через термодинамические функции состояния?

27. Как выразить изменение энергии Гиббса для поверхности раздела фаз?

28. Сформулируйте принцип снижения поверхностной энергии за счет уменьшения поверхности раздела фаз и поверхностного натяжения.

29. Почему появляется внутреннее давление у частиц дисперсной фазы и как его определить при помощи формулы Лапласа?

30. Объясните причину интенсификации химических, физических и других процессов в связи с раздробленностью и кривизной частиц дисперсной фазы.

31. Что такое адгезия, аутогезия и когезия?

32. Дайте характеристику равновесной работы адгезии как компенсации избытка свободной поверхностной энергии.

33. Что такое краевой угол смачивания и как он определяется?

34. Что такое адгезия жидкости и смачивание, гидрофобные (лиофобные) и гидрофильные (лиофильные) поверхности?

35. В чем особенности адгезии твердых  тел и как зависит адгезия от формы и размеров твердого тела? Приведите примеры адгезии пищевых масс.

36. Что такое адсорбция и чем она вызвана?

37. Как изменяется свободная поверхностная энергия и химический потенциал адсорбата в процессе адсорбции?

38. Напишите уравнение изотермы адсорбции Гиббса и проведите его анализ.

39. Что такое теплота адсорбции?  Охарактеризуйте понятия дифференциальная и интегральная теплота адсорбции; как они зависят от количества адсорбированного газа?

40. В чем отличие мономолекулярной и полимолекулярной адсорбции? Приведите графические изображения различных изотерм адсорбции.

41. В чем особенности физической и химической адсорбции?

42. Как провести классификацию пористых адсорбентов в зависимости от их удельной поверхности? В чем особенность процесса адсорбции в микропорах?

43. Какие вещества называются поверхностно-активными? Приведите примеры.

44. Каким уравнением выражается зависимость поверхностного натяжения от концентрации поверхностно-активного вещества?

45. Сформулируйте правило Траубе и приведите иллюстрирующий его пример.

46. Проведите анализ уравнения Шишковского.

47. Какие параметры уравнений Ленгмюра и Шишковского связаны между собой?

48. Как перейти от уравнения Гиббса к уравнению Ленгмюра, используя дифференциальную форму уравнения Шишковского?

49. Сформулируйте основные положения теории Ленгмюра. Напишите уравнения изотермы адсорбции Ленгмюра. Как определить величину G¥  графическим способом, если известен ряд значений G и C?

50. Как по величине константы G¥  вычислить поверхность адсорбента (в м²/кг)?

51. Охарактеризуйте гидрофильные и гидрофобные поверхности. Приведите примеры. Как можно «гидрофилизировать» поверхность?

52. В чем особенности структуры  молекул ПАВ? Как  ориентируются  эти молекулы  в  адсорбционном  слое на границе  вода – воздух?

53. Приведите характеристику пористых адсорбентов, применяемых в пищевой промышленности.

54. Напишите уравнения Гиббса, Ленгмюра и Фрейндлиха при адсорбции газов на твердых поверхностях.

55. В чем причина и суть адсорбционного понижения прочности?

56. Каковы особенности адсорбции электролитов твердыми адсорбентами?

57. Как влияют на адсорбцию природа растворителя, природа и пористость адсорбента?

58. В чем сущность методов хроматографического анализа?

59. Почему гидрофобные вещества (уголь, графит) лучше адсорбируют поверхностно-активные вещества из водных растворов, а гидрофильные вещества (силикагель) – из углеводородных растворов?

60. Какие вещества называются ионитами? Каково их практическое применение? Приведите примеры ионитов.

61. Где и какие иониты применяются в пищевой промышленности?

62. В чем особенности реакций катионного и анионного обмена ионитов?

63. Какова структура матрицы катионита и анионита?

64. Рассмотрите причины возникновения двойного слоя электрического слоя на границе раздела твердое тело – жидкость.

65. Как связать возникновение заряда на границе твердое тело-жидкость с измением поверхностной энергии?

66. Как изменяется поверхностное натяжение в связи с зарядом поверхности?

67. При каких условиях направленное движение коллоидных частиц в электрическом поле отсутствует?

68. Какое явление называется электрофорезом?

69. Какое явление называется электроосмосом?

70. Объясните структуру двойного электрического слоя. Что такое j- и z- потенциал?

71. Что такое граница скольжения и дзета-потенциал двойного электрического слоя, возникающего на границе твердое тело – жидкость?

72. Что такое потенциал седиментации и потенциал течения?

73. Что такое электрофоретическая подвижность?

74. Какое строение имеет двойной электрический слой мицеллы?

75. Рассмотрите строение мицеллы золя бромида серебра, полученного приливанием к 20 см³ 0,01н. KBr 10 см³ 0,001 н. AgNO₃.

76. Изобразите схему и напишите формулу мицеллы гидрозоля  сульфида  ртути (II). Стабилизатор – сероводород.

77. На основе уравнения Рэлея объясните голубую окраску неба.

78. Какие явления наблюдаются при прохождении луча света через дисперсную систему?

79. Что такое опалесценция и флуоресценция? Как экспериментально отличить  опалесценцию от флуоресценции?

80. Напишите уравнение Рэлея и проанализируйте его.

81. Почему для светомаскировки применяют синий цвет, а для сигнализации в тумане – красный? Как определить размеры и концентрацию частиц дисперсной фазы при помощи нефелометра?

82. Приведите соотношения между размерами частиц и длиной волны света при рассеянии света в зависимости от длины волны.

83. В чем причина молекулярно-кинетических явлений и почему они распространяются преимущественно на коллоидные системы, а не на все дисперсные системы?

84. Укажите причины броуновского движения. Как определить средний геометрический сдвиг частиц?

85. Определите причины и виды диффузии. Приведите примеры диффузии.

86. Что такое градиент концентрации, скорость диффузии и коэффициент диффузии?

87. Что такое осмос, его причины и следствия? Как зависит осмотическое давление от размеров частиц дисперсной фазы коллоидных растворов?

88. Что такое устойчивость и в чем особенность седиментационной (кинетической) и агрегативной устойчивости дисперсных систем?

89. В чем заключается  гипсометрический закон распределения концентрации дисперсной фазы по высоте? Какие условия необходимы для соблюдения этого закона?

90. Какие условия оседания частиц средне-  и грубодисперсных систем в жидких и газовых средах?

91. Сформулируйте принцип седиментационного анализа дисперсных систем.

92. Приведите примеры устойчивости и разрушения дисперсных систем применительно к различным областям пищевой промышленности.

93. В чем особенности энтропийно-энтальпийного фактора устойчивости дисперсных лиофильных и лиофобных систем?

94. Что такое расклинивающее давление и каковы его причины?

95. Как связаны между собой агрегативная устойчивость и дзета-потенциал?

96. Что следует понимать под термином агрегативная устойчивость?

97. В чем проявляется адсорбционно-сольватный и структурно-механический факторы устойчивости лиофобных дисперсных систем?

98. Объясните основы теории ДЛФО (Дерягина –Ландау – Фервея – Овербека) коагуляции золей электролитами.

99. Как изменяется сила взаимодействия в зависимости от расстояния между частицами на основе теории ДЛФО?

100. Какое ограничение принято в теории коагуляции Смолуховского и в чем особенность этой теории?

101. Что такое время половинной коагуляции и константы скорости коагуляции? Как они определяются?

102. Что такое коагуляция? Какие причины могут вызвать коагуляцию золей?

103. Что называется порогом коагуляции? Как зависит порог коагуляции от заряда иона электролита?

104. Что такое скрытая коагуляция? Чем она отличается от коагуляции явной?

105. Рассмотрите коагуляцию золей смесью двух различных электролитов.

106. В чем заключается принцип коллоидной защиты?

107. В чем проявляются особенности использования в качестве стабилизаторов дисперсных систем поверхностно-активных веществ?

108. В чем особенности коагуляции в результате: а) механического воздействия; б) под влиянием электрического поля; в) при изменении концентрации частиц золя; г) при нагревании; д) при охлаждении? Приведите примеры.

109. В чем особенность коагуляции смесью электролитов? Что такое аддитивность, антагонизм и синергизм?

110. Что такое флокуляция и флокулянты?

111. Какими способами осуществляется очистка воды и воздуха от дисперсных частиц и каково значение этих способов для охраны окружающей среды?

112. Какие системы называют связнодисперсными и свободнодисперсными? В чем отличие коагуляционных от кристаллизационных контактов между частицами?

113. Как вязкость дисперсной системы зависит от концентрации дисперсной фазы? Рассмотрите условия применимости уравнения Эйнштейна.

114. В чем отличие вязкости свободнодисперсных и связнодисперсных систем?

115. Какие виды деформации характерны для связнодисперсных систем?

116. Как классифицируются пищевые массы по их структурно-механическим свойствам?

117. Как влияют форма частиц и их заряд на вязкость дисперсной системы?

118. Что такое предельное напряжение сдвига? Проведите анализ уравнения Бингама, описывающего течение структурированных тиксотропных систем.

119. Какое течение называется пластическим? Что такое предел текучести?

120. Что такое тиксотропия и тиксотропные структуры? Приведите примеры.

121. В чем особенность структур, возникающих при гетерокоагуляции, т.е. при взаимодействии между коллоидными частицами и твердой поверхностью?

122. Приведите и поясните характер кривых течения структурированных систем.

123. Приведите графики: вязкость – напряжение сдвига для нормальной, вязкой и стуктурированной систем.

124. Изобразите реологические кривые (в координатах скорость течения – напряжение сдвига): а) для нормальной вязкой и б) для структурированной систем (отметьте на графике максимальный предел текучести).

125. Какие существуют способы получения дисперсных систем?

126. Как связаны условия самопроизвольного и несамопроизвольного диспергирования с поверхностной энергией?

127. Как определяются степень диспергирования и работа диспергирования?

128. Какие способы диспергирования применяются в пищевой промышленности?

129. Каким образом ПАВ способствуют диспергированию?

130. Что такое степень пересыщения и в чем особенность термодинамики фазовых переходов конденсационных методов получения дисперсных систем?

131. Что такое пептизация и как ее осуществляют?

132. Какие методы очистки и концентрирования золей вы знаете?

133. Что такое диализ (обратный осмос), ультрафильтрация? Опишите принципиальные схемы этих процессов.

134. Что такое электродиализ и в чем его отличие от диализа? Укажите практическое применение диализа и электродиализа.

135. В чем сущность мембранного равновесия Доннана? Опишите особенности биологических мембран.

136. В чем общность и отличие золей и суспензий как дисперсных систем типа т/ж?

137. В чем сущность перехода золя в гель? Что такое синерезис?

138. В чем сущность перехода суспензии в пасту? Приведите примеры пищевых паст.

139. Приведите классификацию эмульсий в зависимости от концентрации дисперсной фазы. Как определяется концентрация дисперсной фазы эмульсии?

140. Что такое микроэмульсии?

141. Что такое  прямые и обратные эмульсии? Как осуществляется обращение фаз эмульсии, определение типа эмульсии?

142. Как связана устойчивость эмульсий с величиной межфазового поверхностного натяжения?

143. Приведите примеры использования эмульсии в пищевой и парфюмерной  промышленности.

144. По каким признакам производят отбор ПАВ для стабилизации прямых и обратных эмульсий и что такое  гидрофильно-липофильный баланс?

145. Какие факторы агрегативной устойчивости характерны для эмульсии? Что такое коалесценция и гомогенизация?

146. В чем заключается принцип подбора и механизм действия высокодисперсных порошков для стабилизации эмульсий?

147. Что такое пены? Какова их структура?

148. В чем особенность агрегативной устойчивости пен?

149. Чем вызвано избыточное давление внутри пузырьков пен? Какие факторы определяют устойчивость пен?

150. Что такое кратность пен? Какие способы получения пен вы знаете?

151. Какие вещества являются эффективными пенообразователями? Как ускорить разрушение пен?

152. Приведите примеры использования пен в пищевой промышленности.

153. В чем заключается действие ПАВ при стабилизации пен? Какие пенообразователи применяют в пищевой промышленности?

154. Что такое флотация? Объясните принцип, особенности и применение флотации.

155. Опишите строение элементарной ячейки пен. В чем отличие пен  от суспензии и эмульсии?

156. Что такое твердые пены? Как происходит переход жидких пен в твердые?

157. Охарактеризуйте аэрозоли как дисперсные системы типа т/г и ж/г. Что такое дым, пыль, туман, смог, аэрозольная пена? Как определяется частичная и массовая концентрация аэрозолей?

158. Каким образом образуются аэрозоли? Приведите примеры образования аэрозолей на предприятиях пищевой промышленности.

159. В чем особенности седиментационно-агрегативной устойчивости аэрозолей? 

160. Укажите причины перемещения аэрозолей в воздушном потоке и осаждение аэрозолей на препятствия. Что такое пневмотранспорт?

161. Укажите причины электризации и взрывоопасности аэрозолей, в том числе мучной и сахарной пыли.

162. Как ускорить седиментацию аэрозолей? Что такое пылеподавление и как его осуществляют? Приведите примеры аэрозолей в пищевой промышленности.

163. Объясните особенности фильтрации аэрозолей в циклонах и тканевых фильтрах.

164. Что такое предельно допускаемая концентрация аэрозолей?

165. Как перевести порошок в аэрозольное состояние? Что такое псевдосжижение и где оно осуществляется?

166. В чем особенность и какова классификация дисперсных систем с твердой диперсионной средой? Какие поверхностные явления характерны для этих систем?

167. Укажите различие между сплавами и композиционными материалами. Охарактеризуйте дисперсные системы типа т/т. Применение этих систем в пищевой промышленности.

168. В чем особенности таких процессов, как пеносушка, экструзия, пропитка? Как применяются эти процессы в пищевой промышленности?

169. Какие отличительные особенности капиллярно-пористых тел? Роль смачивания и других коллоидно-химических процессов. Приведите примеры пищевых масс как капиллярно-пористых тел.

170. Какие вещества называются высокомолекулярными соединениями (ВМС)? Приведите примеры природных и искусственных ВМС.

171. Что такое макромолекулы и какова структура макромолекул ВМС?

172. Что такое конформация макромолекул, фазовое и физическое состояния ВМС?

173. В чем проявляются особенности растворов ВМС как лиофильных систем?  Какие свойства растворов ВМС соответствуют коллоидным растворам?

174. Проанализируйте особенности осмоса, диффузии и рассеяния света растворами ВМС.

175. Что такое латексы? Опишите методы их получения, свойства и применение.

176. Что такое молекулярная масса макромолекул? Приведите методы ее определения.

177. Что такое относительная, удельная, приведенная и характеристическая вязкости? Как определить молекулярную массу ВМС по вязкости?

178. В чем сущность процесса набухания? Отличия ограниченного и неограниченного набухания.

179. Что такое степень и константа набухания? Особенности набухания пищевых масс.

180. В каком состоянии находится растворитель в студне?

181. Чем вызваны тепловые эффекты в процессе набухания?

182. В чем проявляется особенность студней, сочетающих свойства твердых тел и жидкостей? Приведите примеры пищевых студней.

183. Что такое тиксотропия и синерезис? Приведите примеры использования синерезиса в пищевой технологии.

184. В чем особенность белков как полиэлектролитов и ВМС? Напишите схему полипептидной цепи белков.

185. Почему изменяются структура макромолекул и вязкость их растворов при изменении рН среды?

186. В чем особенности коллоидных свойств белков и их электрофореза?

187. Как изменяется строение двойного электрического слоя макромолекул белка в зависимости от рН среды?

188. Что такое изоэлектрическая и изоионная точки белков?

189. Что такое деструкция и свертывание (десольватация) белков? Как проявляются эти процессы в отношении пищевых масс?

190. В чем значение коацервации в процессе зарождения жизни на Земле?

191. Какую роль играют белки в продуктах питания?

192. В чем заключаются отличительные признаки коллоидных ПАВ? Приведите примеры анион- и катионактивных ПАВ.

193. Какие известны синтетические и природные коллоидные ПАВ?

194. Как осуществляется равновесие между молекулами коллоидных ПАВ в растворе и на границе раздела фаз?

195. Что такое критическая концентрация мицеллообразования? Как ее можно определить опытным путем?

196. Что такое солюбилизация или коллоидная растворимость? Опишите характер явлений, происходящих при солюбилизации.

197. Что такое моющие средства и моющее действие? Как объяснить моющее действие мыла?

198. Каково значение коллоидных ПАВ в пищевой технологии?

199. Каково строение коллоидных мицелл?  В чем проявляется влияние мицеллообразования на пенообразующие и суспендирующие свойства коллоидных растворов ПАВ?

ЗАДАЧИ

1. Красные кровяные шарики человека имеют форму диска диаметром 7,5 мкм, толщиной 1,6 мкм. Вычислите приведенный радиус кровяных шариков, их дисперсность и удельную поверхность.

2. Кристаллы сахара и сахарной пудры кубической формы имеют длину ребра (м): 2×10^-3; 1×10^-4; 6×10^-5; 3×10^-6; 5×10^-7; 4×10^-8; 7×10^-9. Вычислите их дисперсность, удельную поверхность и количество частиц в 1 м³. Плотность сахара r=1,6×10³ кг/м³.

 3. Вычислите удельную поверхность катализатора, если для образования монослоя молекул на нем должно адсорбироваться 0,1 м³/кг азота (объем приведен к нормальным условиям). Площадь молекулы азота в монослое равна 16,2×10^-20 м².

4. Вычислите удельную поверхность суспензии каолина (плотность 2,5´10³ кг/м³), если ее частицы принять шарообразными и средний диаметр частиц 0,5×10^-6 м. Суспензия монодисперсна.

5. Поверхностное натяжение виноградного сока s=46 мДж/м², краевой угол смачивания нержавеющей стали Q₁=50^°, а полиэтилена Q₁=100°. Во сколько раз равновесная работа адгезии сока к нержавеющей стали больше, чем к полиэтилену?

6. Число капель воды, вытекающей из шарика сталагмометра, равно 54,8; 54,6; 54,7. Среднее число капель исследуемого раствора равно 88,2. Поверхностное натяжение воды при температуре опыта (18°С) s₀=72,38×10^-3 Дж/м². Относительная плотность раствора r/r₀=1,1306. Вычислите s раствора.

7. Во сколько раз поверхностное натяжение глицерина выше поверхностного натяжения оливкового масла, если в капилляре с радиусом r=0,4×10^-3 м столбик первого поднялся на h₁=26,8×10^-3 м, а второго  - на h₂=18,8×10^-3 м? Плотность глицерина r_г=1,26×10³ кг/м³, оливкового масла r_м=0,94×10³ кг/м³.

8. Во сколько раз поверхностное натяжение ртути превышает поверхностное натяжение глицерина, если в капилляре с r=0,6×10^-3 м столбик ртути опустился на 12×10^-3 м ниже, а глицерина поднялся на 17,8×10^-3 м выше уровня жидкости в сосуде? Плотность ртути r_р=13,6×10³ кг/м³, глицерина r_г=1,26×10³ кг/м³.

9. Даны константы уравнения Шишковского для водного раствора валериановой кислоты при 273 К: a=14,72×10^-3, b=10,4. При какой концентрации поверхностное натяжение раствора будет составлять 52,1×10^-3 Н/м, если поверхностное натяжение воды при 273 К равно 75,49×10^-3 Н/м?

10. Используя константы уравнения Шишковского (a=12,6×10^-3, b=21,5), рассчитайте поверхностное натяжение водных растворов масляной кислоты при    273 К для следующих концентраций (кмоль/л): 0,007: 0,021, 0,05, 0,104 – и постройте кривую в координатах s=f(C). Поверхностное натяжение воды при этой температуре равно 75,49×10^-3 Н/м.

11.Пользуясь графическим методом, определите поверхностную активность масляной кислоты на границе ее водного раствора с воздухом при 293 К по следующим экспериментальным данным:

C, кмоль/м³ . . .  0,00      0,021      0,050      0,104      0,246

s×10³, Н/м   . . .  72,53    68,12      63,53      56,60      50,30

12.Определите адсорбцию пропионовой кислоты на поверхности раздела водный раствор – воздух при 283 К и концентрации 0,5 кмоль/м³ по константам уравнения Шишковского: a=12,5×10^-3 и b=21,6. s_B=75,49×10^-3 Н/м.  

13.Вычислите адсорбцию масляной кислоты на поверхности раздела водный раствор – воздух при 273 К и концентрации 0,104 кмоль/л, используя следующие экспериментальные данные:

 C, кмоль/м³ . . .  0,00      0,021      0,050      0,104      0,246      0,489

s×10³, Н/м   . . .  74,01    69,51      64,30      59,85       51,09      44,00

14.По экспериментальным данным постройте кривую адсорбции CO₂ на цеолите при 293 К и с помощью графического метода определите константы уравнения Ленгмюра:

Равновесное давление p×10^-2,Па .  .  .   1,0     5,0     10,0     30,0     75,0     100,0     200,0

Адсорбция G×10³, Н/м   .  .  .  .   35,0    86,0   112,0  152,0    174,0     178,0    188,0

15. Используя уравнение Ленгмюра, вычислите адсорбцию азота  цеолите при давлении p=2,8×10² Па, если G₄=38,9×10^-3 кг/кг, а b=0,156×10^-2.

16. При какой концентрации поверхностное натяжение раствора валериановой кислоты будет равно 52,1 мДж/м², если при температуре 273 К коэффициенты уравнения Шишковского a=14,72×10^-3 и b=10,4? Поверхностное натяжение воды s₀=75,49×10^-3 мДж/м².

17. Используя уравнение Ленгмюра, вычислите адсорбцию пропионовой кислоты на поверхности раздела водный  раствор - воздух при 293 К и концентрации C=0,1 кмоль/л, если известны константы уравнения Шишковского: a=12,8×10^-3 и b=7,16. s₀=72,75×10^-3 мДж/м².

18. Рассчитайте поверхностную активность валериановой кислоты на границе раздела ее водного раствора с воздухом при 353 К и концентрации 0,01 кмоль/м³ по константам уравнения Шишковского: a=17,7×10^-3 и b=19,72. s₀=62,8×10-3 мДж/м².

19. Для водного раствора пропилового спирта определены следующие значения констант уравнения Шишковского (при 293 К): a=14,4×10^-3 Н/м и b=6,6. Вычислите поверхностное натяжение раствора с концентрацией, равной 1 кмоль/л. При этой температуре s₀=72,53×10^-3 Н/м.

20. Смесь из 250 мл 0,07 %-ного водного раствора метилового оранжевого и 0,209 мл минерального масла встряхивалась до образования эмульсии  со средним диаметром капель масла 4,35×10^-7 м. После адсорбции на поверхности капель концентрация метилового оранжевого в растворе уменьшилась на 0,032 %. Определите адсорбцию метилового оранжевого на поверхности капель эмульсии по экспериментальным данным и на основе теоретического расчета по уравнению Гиббса. Зависимость поверхностного натяжения водного раствора метилового оранжевого от концентрации приведена ниже:

C, % .  .  .  .  .  .  .  .  0,00      0,018      0,036      0,073     

s×10³, Дж/м²   .  .  . 48         44,49      42,81      40,41

Формула метилового оранжевого: HO₃S – C₆H₄ – N=N – C₆H₄ – N(CH₃)₂. 

21. При встряхивании смеси 0,175 см³ минерального масла с 250 см³ 0,1%-ного

 водного раствора конго получена эмульсия с радиусом капель масла 4,35×10^-7 м. Содержание конго в растворе уменьшилось на 0,045 г. Молекулярная масса конго равна 690. Зависимость поверхностного натяжения водного раствора конго от концентрации:

 C, % .  .  .  .  .  .  .  .  0,0         0,02         0,05        0,1          0,12          0,2      

s×10³, Дж/м²   .  .  .  48         43,87      41,52      37,20      37,22        37,20

Вычислите адсорбцию конго на каплях эмульсии на основе экспериментальных данных и теоретического расчета по уравнению Гиббса. Для вычисления ds/dC применить графический метод. 

22. После перемешивания 1×10^-3 кг порошка костяного    угля с 1×10^-4 м³ раствора метиленового голубого с концентрацией 10^-4 кмоль/м³ равновесная концентрация последнего равна 0,6×10^-4 кмоль/л. Если навеску угля удвоить       (2×10^-3 кг), равновесная концентрация раствора становится равной 0,4×10^-4 кмоль/м³. Используя уравнение Ленгмюра, рассчитайте удельную поверхность угля. Площадь молекулы метиленового голубого в монослое равна 65×10^-20 м².

23. По экспериментальным данным адсорбция СО₂ на активированном угле определите константы уравнения Ленгмюра, пользуясь которыми надо рассчитать и построить кривую адсорбции:

Равновесное давление,

p×10^-2,Па . . . . . . . . . . . . . . . . .  9,9    49,7    99,8    200,0    297,0    398,5

Адсорбция G×10³, . . . . . . . . . .  32,0   70,0   91,0     102,0    107,3    108,0

24. Раствор пальмитиновой кислоты C₁₆H₃₂O₂ в бензоле содержит 4,24 г/л кислоты. После нанесения раствора на поверхность воды бензол испаряется и пальмитиновая кислота образует мономолекулярную пленку. Какой объем раствора кислоты требуется, чтобы покрыть мономолекулярным слоем поверхность S=500 см². Площадь молекулы пальмитиновой кислоты в монослое равна 21×10^-20 м².

25. Вычислите удельную поверхность катализатора S_уд, на которой при образовании монослоя адсорбируется 103 см³/г азота при p=1,013×10⁵ Па и 273 К. Эффективная площадь, занимаемая молекулой азота в монослое, равна 16,2×10^-20 м².

26. При 273 К и соответствующем давлении 1 кг активированного угля адсорбирует следующее количество азота:

p×10^-3, Па .  .  .  .  . 0,524          7,495

g_N2 ×10³, кг  .  .  .  . 1,234         12,886

Определите константы b и G_¥ уравнения Ленгмюра, а также степень j заполнения поверхности угля  при p=3×10³ Па.

27. Вычислите площадь S_мол, приходящуюся на молекулу стеариновой кислоты и толщину пленки d, покрывающей поверхность воды, равную 5×10^-2 м². Молекулярная масса стеариновой кислоты равна 284, плотность 0,85×10³ кг/м³.

28. Определите константы уравнения Фрейндлиха при адсорбции СО коксовым углем. Условия опыта:

p×10^-3, Па .  .  .  .  .  .  1,34       2,50       4,25       5,71       7,18       8,90

x/m, a, ммоль/кг  .  .  0,38       0,58       1,016     1,17        1,33      1,46

29. Постройте кривую адсорбции CO₂ на активированном угле при 231 °С и определите константы эмпирического уравнения Фрейндлиха, используя следующие экспериментальные данные:

Равновесное давление

p×10^-2, Па.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .        10,0     44,8     100,0       144,0     250,0          452,0    

Адсорбция G×10³, кг/кг   .   .  .       32,3    66,7        96,2      117,2      145,0          177,0

30. При адсорбции бензойной кислоты углем из раствора в бензоле при 25 °С получены следующие данные:

C×10^-3, моль/м³  .  .  .  .  0,006       0,025      0,053       0,118

x/m, моль/кг       .  .  .  .  0,44          0,78        1,04         1,44

Определите графическим способом константы уравнения Фрейндлиха.

31. Вычислите радиусы монодисперсных фракционированных частиц соединений ртути, оседающих в воде под действием силы тяжести, если при плотности частиц r_r=10×10³ кг/м³, температуре воды t=15°С, плотности r₀=0,99913 кг/м³ и вязкости h₀=1,15×10^-3 Па×с частицы осели на 1 см в первом опыте за 5,86 с, во втором – за 9,8 мин, а в третьем – за 16 ч.

32. Вычислите, через какое время осядут на 10 см коллоидные частицы соединения ртути, имеющие радиусы 10 и 1 мкм при условиях предыдущей задачи.

33. С какой скоростью осаждаются частицы аэрозоля хлорида аммония (плотность r=1,5×10³ кг/м³), имеющие радиус 4,5×10^-7 м? Вязкость воздуха можно принять равной 1,76×10^-5 Па×с, а плотностью воздуха пренебречь.

34. Вычислите постоянную Авогадро по данным работы Перрена. Им исследовалось при t = 15°С распределение по высоте частиц суспензии гуммигута в воде, диаметр которых был равен 0,52×10^-6 м. Измерения показали, что с поднятием оси горизонтального микроскопа на 6×10^-6 м число частиц уменьшается в 2 раза. Плотность гуммигута r=1,56×10³ кг/м³, плотность воды r₀=1×10³ кг/м³.

35 – 36. В табл.1 приведены усредненные данные по центрифугированию соответственно неочищенного и очищенного яичного белка: С₁ и С₂ – концентрации белка на расстояниях h₁ и h₂ от оси центрифуги после установления седиментационного равновесия; `u - парциальный удельный объем, плотность растворителя r₀=1007,7 кг/м³, n – число оборотов центрифуги , T – абсолютная температура. Вычислите среднюю молекулярную массу белка.

Таблица 1

.....................

37. Вычислите осмотическое давление гидрозоля золота концентрации 0,3 кг/м³, имеющего частицы диаметром 10^-9 м. Плотность золота 19,3×10³ кг/м³. Температура золя 20°С.

38. Вычислите и сравните осмотическое давление двух монодисперсных гидрозолей золота одинаковой концентрации по массе, но различной дисперсности, если радиусы частиц в них равны r₁=2,50×10^-8 и r₂=5,0×10^-8 м.

39. Вычислите средний квадратичный сдвиг частиц гидрозоля гидроксида железа (III) за 10 с, если радиус частиц равен 50 мкм, вязкость воды h₀=1×10^-3 Па×с, температура 20°С.

40. Вычислите по среднему квадратичному сдвигу D частичек гуммита постоянную Авогадро, если радиус частиц r=0,212 мкм, а за время t = 1 мин частицы переместились на 10,65 мкм, температура 17°С. Вязкость жидкости  h=1,1×10^-3 Па×с.

41. Показать, что средний квадратичный сдвиг частиц радиусом r₁=100 мкм и r₂=1 мкм соответствует формуле Эйнштейна, если смещение соответственно D = 4,1 мкм и 41 мкм за одно и то же время.

42. Определите средний квадратичный сдвиг частиц дыма хлорида аммония с радиусом 10^-7 м при 273 К за 5 с. Вязкость воздуха h=1,7×10^-5 Па×с.

43. Вычислите средний квадратичный сдвиг  частиц при броуновском движении эмульсии с радиусом 6,5×10^-6 м за 1 с; вязкость среды h=1×10^-3 Па×с, температура 288 К.

44. Рассчитайте коэффициент диффузии дыма оксида цинка при радиусе 2,0×10^-6 м, вязкости воздуха h=1,7×10^-5 Па×с  и температуре 283 К.

45.  Определите коэффициент диффузии мицелл мыла в воде при 313 К и среднем радиусе мицелл r=125×10^-10  м. Вязкость среды h=6,5×10^-4 Па×с.

46 – 50.  При исследовании золя методом поточной ультрамикроскопии Дерягина – Власенко в объеме золя V м³, протекшем через счетное поле микроскопа, подсчитано n частиц. Определите средний размер частиц, как указано в табл.2.

Таблица 2

.........................

51. Сравните интенсивности светорассеяния высокодисперсного полистирола, освещенного монохроматическим светом с длиной волны l₁=680×10^-9 м, а затем с длиной волны l₂=420×10^-9 м (a=4).

52. Используя уравнение Рэлея, сравните интенсивности светорассеяния двух эмульсий с равными радиусами частиц и концентрациями бензола в воде (показатель преломления C₆H₆   n=1,50) и н-пентана C₅H₁₂ в воде (n=1,36). Показатель преломления воды n_о=1,33.

53. При прохождении света с длиной волны l=610 мкм через слой золя мастики толщиной d при концентрации C были получены следующие данные:

C, % . . . . . . . . . . . .     1,0       0,6     0,20    0,10      0,06    0,02     0,01

d, мм . . . . . . . . . . . .    2,5       2,5     2,5      5,0       20,0    20,0     30,0

Интенсивность прошедшего

света, %  . . . . . . . . . .   14,4   27,0    63,9    65,8       37,1   70,1     77,8

Вычислите коэффициент поглощения К и сделайте вывод о справедливости закона Ламберта –Бера.

54. При пропускании света с длиной волны l=550 - 600 мкм  через желто-зеленый светофильтр и слой золя гликогена толщиной d получены следующие данные:

d, мм . . . . . . . . . . . .                     2,5            5,0       10         15        20

Интенсивность прошедшего

света, %  . . . . . . . . . . . . . . . .      92,5          85,5       73        64        55

Вычислите оптическую плотность D (коэффициент экстинции) и оцените справедливость закона Ламберта – Бера .

55. С помощью нефелометра сравнивались мутности двух гидрозолей мастики равных концентраций. Получены следующие экспериментальные данные: мутности определяемого и стандартного золей стали одинаковыми при высоте освещенной части первого золя h₁=5×10^-3 м и второго золя h₂=5×10^-3 м. Средний радиус частиц стандартного золя `r=120×10^-9 м. Определите радиус частиц второго золя.

56. Рассчитайте средний радиус частиц гидрозоля латекса полистирола, пользуясь данными, полученными с помощью нефелометра: высота освещенной части стандартного золя h₁=8×10^-3 м, средний радиус частиц `r₁=88×10^-3 м. Высота освещенной части неизвестного золя h₂=18×10^-3 м. Концентрации стандартного и неизвестного золя одинаковы.

57 – 59. Постройте калибровочную кривую Геллера в координатах a=f(d) – диаметра частиц по следующим данным для частиц полистирольного латекса (a - характеристика дисперсности):

d, нм . . . . 77    88    95     106,7    111    119    132    139    143    158    167    189

a . . . . . . 3,92  3,64  3,54   3,30     3,23   3,04   2,82   2,72  2,66    2,45   2,36   2,14 

Используя экспериментальные данные, приведенные в табл. 3 для оптической плотности   D=f(l) таких латексов, определите `r – средний радиус частиц полистирольного латекса:

Таблица 3

60. Электрокинетический потенциал золя апельсинового сока равен z=50 мВ. Определите скорость и электролитическую подвижность частиц сферической формы, если относительная диэлектрическая проницаемость e=54,1, приложенная внешняя ЭДС E_э=120 В, расстояние между электродами L=40 см, вязкость  h=4,5×10^-3 Па×с, коэффициент формы частиц f=0,67.

61. Определите электрокинетический потенциал 20%-ного коллоидного раствора сахарозы при градиенте внешнего электрического поля E=400 В/м, относительной диэлектрической проницаемости e=69,4, вязкости h=1,5×10^-3 Па×с и скорости электрофореза u=13,5 мкм/с.  Коэффициент формы частиц f=0,67.

62. Определите необходимую величину внешнего электрического поля при электрофорезе сферических частиц золя алюминия в этилацетате, если электрокинетический потенциал  z=42 мВ, относительная диэлектрическая проницаемость e=6, вязкость h=0,43×10^-3 Па×с и скорость электрофореза u=1,5×10^-5 м/с.  Коэффициент формы частиц f=0,67.

63. Определите потенциал течения, если через пленку продавливается 42,4%-ный водный раствор этилового спирта при давлении p=20×10³ Па. Удельная электрическая проводимость раствора c=1,3×10^-2 См×м^-1, относительная диэлектрическая проницаемость e=41,3, вязкость h=0,9×10^-3 Па×с, электрокинетический потенциал z=16×10^-3 В.

64 – 68. Вычислите электрокинетический потенциал частиц золя по следующим данным, полученным в опытах по электрофорезу (табл. 4):

Таблица 4

.........................

Знак скорости означает движение частиц: (-) к аноду, (+) к катоду. Форму частиц считать сферической во всех задачах.

69. Вычислите скорость электрофореза частиц гидрозоля платины при градиенте внешнего поля 1200 В×м^-1, если z- потенциал их равен 0,04 В, e и h такие же, как и у воды (табл. 4).

70. Для коагуляции 10^-3 м³ золя Al(OH)₃ требуется 10 мл раствора Al₂(SO₄)₃. Концентрация электролита равна 0,01 кмоль/м³. Рассчитайте порог коагуляции золя.

71. Какой объем раствора Ba(NO₃)₂ концентрации 0,05 кмоль/м³ требуется для коагуляции 10^-6  м³ золя AgI? Порог коагуляции g=2×10^-3 кмоль/м³.

72. Определите порог коагуляции золя Al₂O₃, если коагуляция происходит при добавлении 50 мл электролита  K₂CrO₄ концентрации 0,01 кмоль/м³ к 10^-3  м³ золя.

73. Коагуляция 10^-5 м³ золя AgI наблюдается при добавлении к нему 10^-6  м³ электролита KNO₃ концентрации 1 кмоль/м³. На основании теории ДЛФО определите концентрацию 10^-6 м³ электролита Ca(NO₃)₂, которая вызывает коагуляцию 10^-5 м³ данного золя.

74. Коагуляция 10^-5 м³ золя AgI наблюдается при добавлении к нему 5 мл электролита Ca(NO₃)₂ концентрации 0,01 кмоль/м³. На основании теории ДЛФО определите концентрацию 10^-6 м³ электролита Al(NO₃)₃, которая вызывает коагуляцию 10^-5 м³ данного золя.

75. Коагуляция 3×10^-5 м³ золя AgI наблюдается при добавлении к нему 30 мл электролита KNO₃ концентрации 1 кмоль/м³. На основании теории ДЛФО определите концентрацию 10^-7 м³ электролита Al(NO₃)₃, которая вызывает коагуляцию 10^-5 м³ данного золя.

76. Время половинной коагуляции q золя золота в воде при действии хлорида натрия равно 20 с. Определите время, за которое концентрация золя уменьшится в 10 раз. Константу скорости коагуляции вычислите по формуле K=4RT/(3hN_A); h=10^-3 Па×с; T=300 K.

77. Константа скорости коагуляции золя K=5×10^-18 м³×с^-1. Начальная концентрация золя составляет 3×10^-14 м^-3. Определите концентрацию золя через 30 мин.

78. При исследовании кинетики коагуляции золя золота раствором хлорида натрия получены следующие экспериментальные данные:

Время коагуляции t, с . . . . . 0       120       240       420       600       900

Общее число частиц в 1 м³

n×10^-14 . . . . . . . . . . . . . . . . . 2,69   2,25      2,09      1,69      1,47      1,36

Определите константу скорости коагуляции по Смолуховскому графическим методом и сраните ее с константой, рассчитанной по формуле K = 4RT/(3hN_A); h=10^-3 Па×с; T=293 K.

79. Экспериментально получены следующие данные по коагуляции гидрозоля золота раствором NaCl:

Время коагуляции t, с . . . . .  0       60       120       420           900

Общее число частиц в 1 м³

n×10^-14 . . . . . . . . . . . . . . . . .  5,22  4,35     3,63      2,31         1,48

Определите константу скорости коагуляции по Смолуховскому графическим методом и сраните ее с константой, рассчитанной по формуле K=4RT/(3hN_A);  h=10^-3 Па×с; T=300 K.

80. Пользуясь экспериментальными данными, определите графическим методом константу скорости коагуляции по Смолуховскому и время половинной коагуляции q:

Время коагуляции t, с . . . . .  0           60       120       180       300       420       600

Общее число частиц в 1 м³

n×10^-14 . . . . . . . . . . . . . . . . .  20,22     11,0     7,92      6,30      4,82      3,73      2,86

81. Определите графическим методом константу скорости коагуляции по Смолуховскому  и время половинной коагуляции q для золя золота по следующим экспериментальным данным:

Время коагуляции t, с . . . . .  0           20          600       120           240       480

Общее число частиц в 1 м³

n×10^-14 . . . . . . . . . . . . . . . . .  20,22    14,70     10,80       8,25         4,89      3,03

82. Рассчитайте молекулярную массу полистирола по характеристической вязкости [h]=0,105. Растворитель – толуол; константы уравнения Марка – Хаувинка: К=1,7×10^-5; a=0,69.

83. Вычислите скорость истечения жидкости из капилляра длиной 5×10^-2 м с радиусом сечения r=25×10^-5 м под давлением p=980 Па. Вязкость жидкости h=2×10^-3 Па×с.

84. Какова вязкость глицерина, если из капилляра длиной 6×10^-2 м и радиусом сечения r=1×10^-3 м глицерин вытекает со скоростью 14×10^-10 м³/с под давлением p=200 Па.

85. Как изменилась степень дисперсности у коллоидного раствора при испарении, если осмотическое давление его уменьшилось в 1000 раз?

86. В каком отношении находятся осмотические давления двух коллоидных растворов оного и того же вещества с равными концентрациями по массе, если в одном из растворов средний радиус частиц `r<sub>1</sub>=2×10<sup>-8</sup>, а в другом `r₂=3×10^-7 м?

87. Определите коэффициент диффузии сахарозы C₁₂H₂₂O₁₁ при t=15°С. Плотность сахара r=1,587×10³ кг/м³, вязкость раствора h=0,001 Па×с; молекулу сахара рассматривать как сферическую.

88. Вычислите молекулярную массу мальтозы, ее плотность r=1,5×10³ кг/м³, вязкость раствора h=0,001 Па×с, коэффициент диффузии D=0,373 см²/сут.

89. Вычислите молекулярную массу вискозы, если при t=18°С коэффициент диффузии ее D=0,0695 см²/сут, плотность r=2,39×10³ кг/м³, вязкость раствора h=0,0015 Па×с.

90. Какова молекулярная масса натурального каучука, если при его растворении в бензоле характеристическая вязкость [h] оказалась равной 0,126 м³/кг, константы уравнения Марка – Хаувинка К=5×10^-5 и a=0,67?

91. Рассчитайте молекулярную массу поливинилового спирта по данным вискозиметрического метода: характеристическая вязкость [h]=0,15 м³/кг, константы уравнения Марка – Хаувинка К=4,53×10^-5 и a=0,74.

92.Определите молекулярную массу поливинилацетата в хлороформе, используя следующие данные: [h]=0,34 м³/кг, константы уравнения Марка – Хаувинка К=6,5×10^-5 и a=0,71.

93. Определите молекулярную массу нитроцеллюлозы, если характеристическая вязкость раствора нитроцеллюлозы в ацетоне  [h]=0,204 м³/кг, константы уравнения Марка – Хаувинка К=0,89×10^-5 и a=0,9.

94. Определите молекулярную массу поливинилацетата в бензоле, используя следующие данные: [h]=0,34 м³/кг, константы уравнения Марка – Хаувинка К=5,7×10^-5 и a=0,70.

95.Установлено, что связь между характеристической вязкостью и молекулярной массой M_r раствора полиизобутилена при 20°С описывается формулой [h]=3,60×10^-4×M_r^0,64. Определите молекулярую массу  фракции полиизобутилена в растворе с характеристической вязкостью 1,80 м³/кг.   

96. Раствор 1г белка гемоглобина в 1 л воды имеет осмотическое давление 36,5 Па при 25°С. Определите молекулярную массу и массу частицы гемоглобина. При расчете условно принять, что все осмотическое давление обусловлено только частицами белка.

97. Рассчитайте молекулярную массу этицеллюлозы в анилине, используя экспериментальные данные вискозиметрического метода (константы: К=6,9×10^-5 и a=0,72):

Концентрация раствора С, кг/м³  . . . . . . 1,0 . . . . . 1,75 . . . .  2,5 . . . . .3,25 . . . . .4,0

Удельная вязкость раствора

(h - h₀)/ h₀ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,24 . . . . 0,525 . . . 0,875 . . . 1,35 . . . . 1,84

98. Рассчитайте молекулярную массу поливинилацетата в ацетоне, используя экспериментальные данные вискозиметрического метода ( константы: К=6,9×10^-5 и a=0,72): 

Концентрация раствора С, кг/м³  . . . . . . 1,0 . . . . . 3 . . . .      5 . . . . .   7

Удельная вязкость раствора

(h - h₀)/ h₀ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  0,14 . . . . 0,465 . . . 0,84 . . . 1,3

99.Определите молекулярную массу этилцеллюлозы в толуоле, используя экспериментальные данные вискозиметрического метода (константы: К=11,8×10^-5 и a=0,666):

Концентрация раствора С, кг/м³  . . . . . . 2,0 . . . . . 4 . . . .      6,0 . . . . .   8,0 . . . . 10,0

Приведенная вязкость раствора

(h - h₀)/(h₀С) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .   0,163 . . .0,192 . . .  0,210 . . .    0,24 0. . . 0,263

100. Определите молекулярную массу поликапронамида в м-крезоле,   используя экспериментальные данные  метода ультрацентрифугирования (константы: К=8,7×10^-3 и a=0,45):

Концентрация раствора С, кг/м³  . . . . 1,0 . . . . 1,5 . . . . 2,0 . . . . 2,5 . . . . 3,0  . . . 4,0

Приведенная вязкость раствора

(h - h₀)/(h₀С) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,670 . . 0,556 . .  0,476 . . 0,44 6. . 0,409 ..0,333

101. Определите молекулярную массу полиамида в метаноле, используя экспериментальные данные  метода ультрацентрифугирования: константа седиментации при бесконечном разбавлении S₀=1,95 с, константы: К=1,86×10^-2 и b=0,47.

102. Определите молекулярную массу поликапронамида в гексафториизопропаноле, используя экспериментальные данные  метода ультрацентрифугирования: константа седиментации при бесконечном разбавлении S₀=0,91 с, константы: К=8,7×10^-3 и b=0,45.

103. Определите молекулярную массу полиамида  в м-крезоле, используя экспериментальные данные  метода ультрацентрифугирования: константа седиментации при бесконечном разбавлении S₀=0,77 с, константы: К=8,7×10^-3 и b=0,45.