Поликонденсация при 280 (до получения расплава заданной вязкости).
Контрольные вопросы:
301. Дайте определение мономера, олигомера и полимера; элементарного звена; молекулярной массы полимера. Приведите примеры. Охарактеризуйте понятие молекулярно-массового распределения полимеров.
302. Специфика свойств полимеров, их отличия от низкомолекулярных веществ.
303. Классификация полимеров по изменению свойств при нагревании. Характеристика процессов, протекающих в различного типа полимерах при нагревании. Примеры.
304. Способы получения полимеров. Степень полимеризации. Способы регулирования степени полимеризации.
307. Процесс поликонденсации. Раскройте механизм поликонденсации на примере получения фенол - формальдегидных смол.
308. Отличия процессов полимеризации и поликонденсации.
309. Классификация полимеров по строению макромолекулы.
310. Особенности химических реакций полимеров. Классификация химических процессов в полимерах, примеры.
311. Реакции сшивания полимеров (отверждение, вулканизация). Механизм и регулирование процесса, изменение физико – химических свойств в ходе реакции сшивания.
312. Три физических состояния аморфных полимеров. Температурные интервалы перехода из одного состояния в другое. Изменение физико – химических свойств при переходе.
313. Диффузия в полимерах. Растворимость полимеров. Процесс набухания. Структура растворов полимеров.
314. Деформационные свойства полимеров и механические свойства полимеров. Упругая и неупругая деформации. Релаксационные процессы.
315. Деструкция полимеров. Основные виды деструкции. Стабилизация полимеров. Явление упругого гистерезиса.
316. Полиэтилен. Способы получения, уравнение процесса. Физико – химические свойства, области применения в строительных материалах.
317. Акрилаты. Классификация. Физико – химические свойства, области применения в строительных материалах. Полиметилметакрилат: получение, уравнение процесса.
318. Поливинилхлорид и поливинилацетат. Получение. Физико – химические свойства, области применения в строительных материалах.
319. Полиуретаны. Получение. Физико – химические свойства, области применения в строительных материалах.
320. Полистирол. Получение. Физико – химические свойства, области применения в строительных материалах.
Дисперсные системы.
Для ответов на контрольные вопросы рекомендуем воспользоваться литературой 4, 9, 12, 16
Дисперсная система (ДС) – это система, в которой хотя бы одно вещество находится в раздробленном состоянии. Степень измельчения вещества характеризуется степенью дисперсности - величина обратная размеру частиц.
По степени дисперсности все ДС располагаются в непрерывный ряд:
В гетерогенных ДС между дисперсной фазой (раздробленные частицы) и дисперсионной средой (сплошная среда) имеется поверхность раздела. Чем больше дисперсность, тем больше площадь этой поверхности.
Пример 1. Вычислить дисперсность, удельную и общую площадь поверхности частиц золя, полученного при дроблении 0,5 г вещества на частицы шарообразной формы диаметром . Плотность вещества 19320 кг/м3.
Решение. Степень дисперсности - величина обратная размеру частиц.
Удельная поверхность Sуд равна отношению площади поверхности раздробленных частиц S к объему дисперсной фазы V или к ее массе m.
Для сферических частиц с радиусом r:
Находим объем вещества:
Находим общую площадь поверхности:
И удельную площадь, отнесенную к массе:
ДС классифицируют по агрегатному состоянию дисперсной фазы и среды: суспензии, лиозоли (Т-Ж), эмульсии (Ж-Ж), пены (Г-Ж), гели (Ж-Т), сплавы, солеозоли (Т-Т), твердые пены (Г-Т), и две разновидности аэрозолей (Т-Г и Ж-Г), где Т, Ж, Г - твердое, жидкое и газообразное тела.
Существуют лиофильные системы, в которых частицы имеют тесную связь с растворителем, и лиофобные, в которых частицы практически не растворяются в растворителе. Лиофильные системы являются термодинамически устойчивыми и образуются самопроизвольно. Лиофобные золи получают путем дробления частиц, исходя из грубодисперсных систем – диспергирование, или же путем агрегации из более мелких частиц - конденсация. В обоих случаях получаемая лиофобная ДС должна быть стабилизирована. Это достигается адсорбцией на поверхности частиц дисперсной фазы ПАВ (коллоидная защита) или ионов электролита-стабилизатора. Стабилизатор создает механический или электростатический барьер на поверхности частиц, препятствующий их слипанию.
Пример 2. Золь йодида серебра получен при добавлении к 30 мл 0,006 М раствора KJ 40 мл 0,004 М раствора AgNO3. Определить заряд частиц полученного золя и написать формулу его мицеллы. Какой электролит является стабилизатором для данного золя?
Решение. Золь получен методом конденсации по реакции обмена:
AgNO3 + KJ → AgJ↓ + KNO3.
Нерастворимые молекулы хлорида серебра образуют ядро коллоидной частицы [mAgJ]. Для того чтобы вместо осадка AgJ образовался коллоидный раствор, необходимо условие: один из реагентов должен быть в избытке. Рассчитаем число молей нитрата серебра и йодида калия:
т.к. n (KJ) > п (AgNO3) следовательно, KJ взят в избытке и является стабилизатором.
Согласно правилу избирательной адсорбции Пескова – Фаянса, на поверхности ядра будут адсорбироваться ионы J- и частицы золя приобретают отрицательный заряд. Противоионами являются катионы K +.
Мицелла имеет строение:{ [mAgJ] ∙ nJ- ∙ (n-x)K+}x- ∙ xK+
¾¾ß¾¾¾ß¾¾¾¾¾¾ß¾¾¾¾¾¾
ЯДРО ПОТЕНЦИАЛ- ПРОТИВОИОНЫ
ОПРЕДЕЛЯЮ-
ЩИЕ ИОНЫ
¾¾¾¾¾ß¾¾¾¾¾¾¾ß¾¾
АДСОРБЦИОННЫЙ СЛОЙ ДИФФУЗНЫЙ СЛОЙ
¾¾¾¾¾¾¾¾ß¾¾¾¾¾¾¾¾¾
ГРАНУЛА
¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾ß¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾
МИЦЕЛЛА
Заряд коллоидных частиц можно установить экспериментально. Под действием постоянного электрического поля наблюдается перемещение гранул к противоположно заряженному электроду – электрофорез. В случае неподвижных частиц, передвигается только диффузный слой в обратном направлении, увлекая за собой среду – электроосмос.
Если заряд коллоидной частицы уменьшить до некоторого минимума, то устойчивость коллоидного раствора нарушится, произойдет слипание и соединение частиц в более крупные агрегаты – коагуляция (коалесценция) и их осаждение - седиментация. Коагуляция золя происходит при добавлении электролита, добавлении противоположно заряженного золя, изменении температуры и др.
Коагуляция электролитами происходит по определенным правилам.
1. Коагуляция начинается при определенной концентрации электролита. Минимальная концентрация электролита, вызывающая в системе коагуляцию, называется порогом коагуляции СК.
Иногда вместо порога коагуляции используют величину γ, называемую коагулирующей способностью: γ = 1 / СК.
2. Коагуляцию вызывают ионы - коагулянты, противоположные по знаку потенциалопределяющим ионам и заряду гранулы.
3. Порог коагуляции обратно пропорционален шестой степени заряда коагулирующего иона. По правилу Шульце-Гарди пороги коагуляции одно-, двух-, трех-, четырехзарядных ионов соотносятся как:
=1:0,016:0,0013:0,0002
Пример 3. Пороги коагуляции некоторого золя электролитами KNO3, MgCl2, NaBr равны соответственно 50,0; 0,8; 49,0 ммоль/л. Как относятся между собой величины коагулирующих способностей этих веществ? Укажите коагулирующие ионы. Каков знак заряда коллоидной частицы?
решение: Рассчитаем коагулирующую способность веществ: γ =1/СК
Таким образом, MgCl2 обладает наибольшей коагулирующей способностью.
Так как анионы во всех данных электролитах однозарядны, то ионами-коагулянтами являются катионы, а следовательно, заряд коллоидной частицы – отрицательный.
Коагулирующие способности ионов-коагулянтов относятся между собой как: γ(Na+): γ (К+): γ (Mg2+) = 0,0204: 0,02: 1,25 = 1:1: 62,5 что соответствует правилу Шульце-Гарди.
При смешивании двух коллоидных растворов, состоящих из частиц противоположного заряда, заряды гранул нейтрализуются и происходит взаимная коагуляция.
Процесс, обратный коагуляции, называется пептизацией.
Контрольные вопросы:
321. Как классифицируются дисперсные системы в зависимости от размера частиц и агрегатного состояния дисперсной фазы и дисперсионной среды? Приведите примеры дисперсных систем разных типов, которые используются в строительстве.
322. Охарактеризуйте коллоидное состояние вещества. Напишите формулу коллоидной мицеллы гидрозоля диоксида кремния, который широко распространен в природе. Приведите примеры других природных коллоидов.
323. В чем состоит сущность методов диспергирования? Какое оборудование применяют для этого? В чем недостатки диспергационных методов?
324. Аэрозоль получен распылением 0,5 кг угля в 1 м3 воздуха. Частицы аэрозоля имеют шарообразную форму, диаметр частицы м. Определите удельную поверхность и дисперсность аэрозоля. Плотность угля 1,8 кг/м3.
325. В цементе 60-80% частиц имеют размеры от 1 до 40 мкм. Какова дисперсность этих частиц? Как степень дисперсности влияет на свойства вяжущих материалов?
326. Дайте название дисперсной системе, частицы которой имеют кубическую форму и размер 10 нм. Какова общая и удельная площадь поверхности этих частиц при общем объеме 1 см3?
327. Золь кремниевой кислоты H2SiO3 был получен при взаимодействии растворов K2SiO3 и НС1. Напишите формулу мицеллы золя и определите, какой из электролитов был в избытке, если противоионы в электрическом поле движутся к катоду. Какой метод был использован при получении данного золя?
329. Что такое пептизация? Объясните, какие из перечисленных соединений могут вызвать пептизацию свежеполученного рыхлого осадка гидроксида железа: NaCl, Fe Cl2, HCl, K2CO3, K2SO4, KOH, H2O, олеат натрия. Приведите формулу полученной мицеллы.
330. При длительном хранении насыщенных растворов Са(ОН)2, Ba(OH)2 и Sr(OH)2 в открытых емкостях в них появляется муть: образуются карбонаты вследствие поглощения СО2 из воздуха. Почему эти карбонаты не оседают? Напишите формулы мицелл и укажите знак заряда коллоидных частиц. Как можно вызвать оседание карбонатов из этих систем?
331. Что такое агрегативная и седиментационная устойчивость, какая связь между ними? Приведите примеры систем седиментационноустойчивых и неустойчивых. Для каких практических целей можно использовать седиментацию?
332. Для осветления воды в нее вводят Al2(SO4)3 или FeSO4, после чего происходит интенсивное выпадение осадка. Объясните это явление, исходя из того, что частички взвеси в природной воде имеют отрицательные электрические заряды, а вводимые соли при растворении подвергаются гидролизу.
333. При нагревании воды (особенно озерной или речной) до 90-950С происходит интенсивное образование бурых хлопьев. Объясните это явление. Почему такое явление не наблюдается при нагревании дистиллированной воды?
334. Установлено, что знак электрических зарядов глобул натурального латекса отрицательный. Каким электролитом выгоднее отделять каучук от серума: NaCH3COO, Na2SO3, Zn(CH3COO)2, ZnSO3, Al(CH3COO)3, Al2(SO3)2. У какого электрода будет концентрироваться каучук, если латекс поместить в сильное электрическое поле?
335. Для закрепления грунта, его сначала пропитали раствором жидкого стекла, а затем, раствором хлорида кальция, написать уравнения, составить формулу мицеллы, объяснить происходящие явления.
336. Как расположены пороги коагуляции в ряду CrCl3, Ba(NO3)2, K2SO4 для золя кремниевой кислоты, частицы которого заряжены отрицательно?
337. Пороги коагуляции золя сульфатом натрия и хлоридом калия соответственно равны 0,32 ммоль/л и 20,50 ммоль/л. Определите знак заряда коллоидных частиц золя. Вычислите величины коагулирующей способности этих электролитов и сопоставьте их соотношение с вычисленными по правилу Шульце-Гарди. Будет ли более эффективным применение сульфата алюминия для коагуляции данного золя?
338. Что такое электрофорез? Укажите области его применения.
339. Что такое элекроосмос? Объясните механизм осушения строительных площадок и стен зданий методом электроосмоса.
340. В чем заключаются явления тиксотропии и синерезиса для студней? Приведите примеры тиксотропных свойств грунта и строительных материалов.