Fyzikální chemie povrchů a koloidních soustav

Skripta Fyzikální chemie povrchů a koloidních soustav jsou rozdělena na dva tématické celky: fázová rozhraní a disperzní soustavy. OBSAH 1. Rozdělení a charakteristika fázových rozhraní 1.1 Fázová rozhraní 1.2 Fázová rozhraní z molekulárního hlediska 1.2.1 Mezimolekulární interakce 1.2.2 Molekula ve fázovém rozhraní 1.2.3 Silové působení mezi makroskopickými útvary 1.2.4 Pohyb molekul ve fázovém rozhraní 1.3 Vliv fázových rozhraní na termodynamické vlastnosti systému 1.3.1 Fázová rozhraní bez elektrického náboje 1.3.2 Elektricky nabitá fázová rozhraní 1.4 Řešené příklady 2. Rovnováha systémech s významnou plochou fázového rozhraní 2.1 Snížení energie systému zmenšením plochy fázového rozhraní 2.1.1 Vliv zakřivení na fázovou rovnováhu ve vícesložkových systémech 2.2 Snížení energie systému záměnou fázových rozhraní 2.2.1 Rozhraní pevná fáze-kapalina-plyn 2.2.1.1 Kapka kapaliny na povrchu pevné látky 2.2.1.2 Kapalina v kapiláře 2.2.1.3 Chování pevné částice v rozhraní mezi kapalnou a plynnou fází 2.2.1.4 Úhel smáčení 2.2.1.5 Smáčecí teplo 2.2.2 Rozhraní pevná látka - dvě kapalné fáze 2.2.3 Rozhraní dvě kapaliny - plyn 2.2.4 Kohezní a adhezní práce, rozestírací koeficient 2.3 Povrchové filmy nerozpustných látek 2.3.1 Povrchové filmy nerozpustných látek na kapalinách 2.3.2 Povrchové filmy na pevných látkách (filmy Langmuira a Blodgettové) 2.4 Snížení energie systému adsorpcí na fázovém rozhraní 2.4.1 Gibbsova adsorpční izoterma 2.4.2 Povrchový tlak 2.4.3 Experimentální ověření Gibbsovy adsorpční izotermy 2.5 Řešené příklady 3. Mobilní fázová rozhraní 3.1 Fázové rozhraní kapalina-plyn 3.1.1 Povrchové napětí čistých kapalin 3.1.2 Povrchové napětí roztoků 3.1.2.1 Závislost povrchového napětí na složení roztoku 3.1.2.2 Relativní adsorpce na rozhraní roztok - plynná fáze 3.1.3 Teplotní závislost povrchového napětí 3.1.4 Vliv tlaku na povrchové napětí 3.1.5 Vliv zakřivení fázového rozhraní 3.1.6 Vliv elektrického náboje fázového rozhraní 3.2 Mezifázové napětí mezi dvěma kapalnými fázemi 3.2.1 Dvousložkové dvoufázové systémy 3.2.2 Třísložkové dvoufázové systémy 3.3 Metody pro měření povrchového a mezifázového napětí 3.3.1 Statické metody 3.3.2 Semistatické metody 3.3.3 Dynamické metody 3.4 Řešené příklady 4. Fázová rozhraní pevná látka-plyn a pevná látka-kapalina 4.1 Povrchy pevných látek 4.1.1 Povaha povrchů pevných látek 4.1.2 Povrchová energie pevných látek 4.1.3 Velikost plochy povrchu a pórovitost pevných látek 4.1.3.1 Stanovení velikosti plochy povrchu pevných látek 4.1.3.2 Stanovení objemu a rozdělení velikostí pórů. 4.2 Adsorpce na fázovém rozhraní pevná látka - plyn 4.2.1 Adsorbenty 4.2.2 Povaha adsorpce z hlediska adsorpčních sil 4.2.3 Teorie a popis adsorpce 4.2.3.1 Freundlichova izoterma 4.2.3.2 Langmuirova izoterma 4.2.3.3 Izoterma BET 4.2.3.4 Polányiho potenciální teorie 4.2.3.5 Kapilární kondenzace a adsorpční hystereze 4.2.3.6 Adsorpce ze směsí plynů 4.2.4 Termodynamika adsorpce na fázovém rozhraní pevná látka - plyn 4.2.4.1 Gibbsova adsorpční izoterma a povrchový tlak 4.2.4.2 Adsorpční tepla 4.2.5 Kinetika adsorpce 4.2.6 Experimentální stanovení adsorpce na fázovém rozhraní pevná látka - plyn 4.2.6.1 Volumetrické metody 4.2.6.2 Gravimetrické metody 4.3 Adsorpce na fázovém rozhraní pevná látka – kapalina 4.3.1 Molekulární adsorpce 4.3.1.1 Izotermy koncentrační změny 4.3.1.2 Složení adsorbované fáze a individuální izotermy 4.3.1.3 Analytické vyjádření složených izoterem 4.3.1.4 Termodynamika adsorpce na rozhraní kapalina-pevná látka 4.3.1.5 Souvislost mezi adsorptivitou a vlastnostmi systému 4.3.2 Iontová adsorpce 4.3.2.1 Prostá iontová adsorpce 4.3.2.2 Výměnná iontová adsorpce 4.3.2.3 Hydrolytická iontová adsorpce 4.3.3 Experimentální stanovení adsorpce z kapalné fáze na pevných látkách 4.4 Elektrické vlastnosti fázových rozhraní 4.4.1 Elektrická dvojvrstva 4.4.2 Elektrokinetický potenciál 4.4.3 Elektrokinetické jevy 4.4.3.1 Elektroforéza a sedimentační potenciál 4.4.3.2 Elektroosmóza a potenciál proudění 4.4.4 Měření elektrokinetických jevů 4.5 Řešené příklady 5. Charakteristika disperzních soustav 5.1 Definice disperzní soustavy 5.1.1 Přehled disperzních systémů 5.2 Charakterizace disperzních soustav 5.2.1 Velikost a tvar částic 5.2.2 Kvantitativní charakterizace velikosti disperzních částic 5.2.3 Statistické zpracování údajů o velikosti disperzních částic 5.2.4 Střední rozměr disperzních částic a střední molární hmotnost 5.3 Koloidně disperzní systémy 5.3.1 Rozdělení koloidně disperzních systémů 5.3.2 Historie a význam koloidně disperzních systémů 5.4 Řešené příklady 6. Kinetické vlastnosti disperzních soustav 6.1 Tepelný pohyb disperzních částic 6.2 Difuze 6.2.1 Difuzní koeficient - Einsteinova rovnice 6.2.2 Difuzní koeficient a střední posuv – Einsteinova-Smoluchowského rovnice 6.2.3 Měření difuzního koeficientu 6.3 Sedimentace disperzních systémů 6.3.1 Rychlost sedimentace 6.3.1.1 Rychlost sedimentace v gravitačním poli 6.3.1.2 Rychlost sedimentace v odstředivém poli 6.3.1.3 Sedimentační koeficient 6.3.2 Sedimentační rovnováha 6.3.2.1 Sedimentační rovnováha v gravitačním poli 6.3.2.2 Sedimentační rovnováha v odstředivém poli 6.3.3 Sedimentační měření 6.4 Membránové rovnováhy 6.4.1 Osmóza 6.4.2 Měření osmotického tlaku (osmometrie) 6.4.3 Střední molární hmotnost polydisperzních systémů z osmotických měření 6.4.4 Donnanovy rovnováhy 6.4.5 Membránové separační procesy 6.5 Řešené příklady 7. Reologické vlastnosti disperzních soustav 7.1 Reologické chování 7.1.1 Newtonova rovnice 7.2 Viskozita disperzních systémů s kapalným disperzním prostředím 7.2.1 Einsteinova rovnice pro viskozitu 7.2.2 Vliv koncentrace a vzájemného působení mezi disperzními částicemi na viskozitu 7.2.3 Zdánlivý objem částice a viskozita disperzního systému 7.2.4 Viskozita roztoků lineárních makromolekul a jejich molární hmotnost 7.2.5 Vliv tvaru částic na viskozitu disperze 7.2.6 Vliv náboje částic na viskozitu 7.3 Reologie koncentrovaných disperzních systémů 7.4 Měření viskozity 7.5 Řešené příklady 8. Optické vlastnosti disperzních systémů 8.1 Rozptyl světla 8.1.1 Teoretické základy 8.1.1.1 Intenzita světla rozptýleného v určitém směru 8.1.1.2 Celková intenzita světla rozptýleného ve všech směrech 8.1.1.3 Odchylky od Rayleighovy a Einsteinovy-Debyeovy rovnice 8.1.2 Studium disperzních soustav metodami rozptylu světla 8.1.2.1 Měření rozptylu světla 8.1.2.2 Zpracování experimentálních dat o rozptylu světla 8.2 Dvojlom za toku 8.3 Mikroskopie 8.3.1 Optická mikroskopie 8.3.2 Ultramikroskopie 8.3.3 Elektronová mikroskopie 8.3.4 Rentgenografie a difrakce elektronů 8.4 Řešené příklady 9. Heterogenní disperze 9.1 Stabilita heterogenních lyofobních systémů 9.1.1 Izotermní převod látky 9.1.2 Agregace disperzních částic 9.1.2.1 Elektrostatická stabilizace 9.1.2.2 Stérická stabilizace 9.1.2.3 Porovnání elektrostatické a stérické stabilizace 9.1.2.4 Elektrostérická stabilizace 9.1.2.5 Stabilizace pevnými částicemi 9.1.3 Kinetika koagulace lyofobních systémů 9.2 Principy metod pro přípravu heterogenních lyofobních systémů 9.2.1 Dispergační metody 9.2.2 Kondenzační metody 9.3 Lyofobní soly 9.3.1 Struktura lyofobních micel 9.3.2 Vlastnosti lyofobních solů 9.3.3 Příprava lyosolů 9.3.4 Zánik lyosolů 9.4 Emulze 9.4.1 Klasifikace emulzí 9.4.2 Stabilita a struktura emulzí 9.4.3 Vlastnosti emulzí 9.4.4 Příprava emulzí 9.4.5 Rozrážení emulzí 9.5 Pěny 9.5.1 Klasifikace pěn 9.5.2 Stabilita pěn 9.5.3 Příprava pěn 9.5.4 Odpěňování 9.6 Soustavy s plynným disperzním prostředím (aerosoly) 9.6.1 Stabilita aerosolů 9.6.2 Vlastnosti aerosolů 9.6.3 Vznik a příprava aerosolů 9.6.4 Odstraňování aerosolů 9.7 Soustavy s pevným disperzním prostředím 9.7.1 Vznik a příprava soustav s pevným disperzním prostředím 9.7.2 Soustavy s plynným disperzním podílem 9.7.3 Soustavy s kapalným disperzním podílem 9.7.4 Soustavy s pevným disperzním podílem 10. 0. Asociativní (micelární) koloidy 10.1 Struktura molekul asociujících povrchově aktivních látek 10.2 Micely a kritická micelární koncentrace 10.2.1 Vznik micel 10.2.2 Stanovení kritické micelární koncentrace 10.2.3 Faktory ovlivňující tvorbu micel 10.2.3.1 Vliv chemické struktury PAL 10.2.3.2 Vliv příměsí 10.2.3.3 Vliv teploty a tlaku 10.2.4 Struktura, velikost a tvar micel 10.3 Solubilizace 10.3.1 Mechanizmus solubilizace 10.3.2 Využití solubilizace 10.3.3 Mikroemulze 11. 1. Koloidní roztoky vysokomolekulárních látek 11.1 Vysokomolekulární látky 11.2 Roztoky vysokomolekulárních neelektrolytů 11.3 Roztoky vysokomolekulárních elektrolytů 11.4 Vlastnosti roztoků vysokomolekulárních látek 11.4.1 Difuze a sedimentace 11.4.2 Osmotický tlak 11.4.3 Elektrické vlastnosti 11.4.4 Optické vlastnosti 11.4.5 Viskozita 11.4.6 Stabilita a rozpustnost lyofilních koloidů 11.4.7 Zvláštnosti globulárních proteinů 12. 2. Gely 12.1 Rozdělení gelů 12.2 Reverzibilní gely 12.2.1 Fyzikálně síťované gely 12.2.2 Kovalentně síťované gely 12.2.3 Vliv podmínek na průběh gelace roztoků vysokomolárních látek 12.2.4 Botnání reverzibilních xerogelů 12.2.4.1 Kvantitativní charakteristiky botnání 12.2.4.2 Vliv podmínek na průběh botnání 12.3 Ireverzibilní gely 12.3.1 Vliv podmínek na průběh gelace lyofobních solů 12.4 Vlastnosti gelů 12.4.1 Mechanické vlastnosti 12.4.2 Elektrická vodivost a difuzivita 12.4.3 Stárnutí gelů 13. Úlohy 13.1 Rozdělení a charakteristika fázových rozhraní 13.2 Rovnováha systémech s významnou plochou fázového rozhraní 13.3 Mobilní fázová rozhraní 13.4 Fázová rozhraní pevná látka-plyn a pevná látka-kapalina 13.5 Charakteristika disperzních soustav 13.6 Kinetické vlastnosti disperzních soustav 13.7 Reologické vlastnosti disperzních soustav 13.8 Optické vlastnosti disperzních systémů 14. Literatura 15. Seznam symbolů 16. Rejstřík