619-3008/01 – Disperzní systémy (DS)
| Garantující katedra | Katedra fyzikální chemie a teorie technologických procesů | Kredity | 7 |
| Garant předmětu | prof. Ing. Jana Dobrovská, CSc. | Garant verze předmětu | prof. Ing. Jana Dobrovská, CSc. |
| Úroveň studia | pregraduální nebo graduální | Povinnost | povinný |
| Ročník | 2 | Semestr | zimní |
| | Jazyk výuky | čeština |
| Rok zavedení | 2015/2016 | Rok zrušení | 2021/2022 |
| Určeno pro fakulty | FMT | Určeno pro typy studia | navazující magisterské |
Cíle předmětu vyjádřené dosaženými dovednostmi a kompetencemi
- používat termodynamické veličiny pro popis koloidních a hrubých disperzních
soustav,
- popsat vlastnosti koloidních disperzních soustav - kinetické, mechanické,
elektrické a optické,
- sledovat stabilitu disperzních soustav, možnosti ovlivnění stability,
- posuzovat vliv fázového rozhraní na vlastnosti heterogenních disperzních
soustav - mezifázové napětí, úhel smáčení, Laplace-Young rovnice, Kelvinova
rovnice, Gibbsova adsorpční izoterma, adsorpční rovnováhy,
- aplikovat získané teoretické poznatky na výpočetních a laboratorních
cvičeních a na různé procesy chemické praxe.
Vyučovací metody
Přednášky
Individuální konzultace
Cvičení (v učebně)
Experimentální práce v laboratoři
Anotace
Tento předmět se zabývá fyzikálně-chemickými vlastnostmi koloidních soustav, povrchů a vícefázových soustav. Klasifikuje disperzní soustavy na základě stupně disperzity, rozdělovací funkce velikosti částic, optických, elektrických, molekulárně-kinetických vlastností koloidních soustav, struktury koloidních částic. Popisuje fyzikální chemii fázových rozhraní, fázové disperzní soustavy, molekulární koloidy.
Povinná literatura:
Doporučená literatura:
Další studijní materiály
Forma způsobu ověření studijních výsledků a další požadavky na studenta
Podmínky pro získání zápočtu:
- 100 % účast na teoretických cvičeních - 2 body
- účast na teoretických cvičeních menší než 86% (více než 1 neúčast)
poskytuje možnost neudělení zápočtu
- úspěšné absolvování dvou samostatných výpočtových písemek – hodnocení (14 + 14) = max. 28 bodů
- oprava písemky – lze opravit maximálně jednu písemku maximálně jedenkrát.
- absolvování 5 laboratorních cvičení, odevzdání a obhájení protokolů – max. 15 bodů (toto bodové
ohodnocení představuje hodnocení jak vlastní teoretické přípravy na zadanou laboratorní úlohu, tak
hodnocení práce v laboratoři a hodnocení obsahové a formální stránky laboratorního protokolu
včetně jeho obhajoby)
Bodové hodnocení zápočtu:
- zápočet min. bodů 20
- zápočet max. bodů 45
V celkovém zisku bodového ohodnocení zápočtu musí být obsaženo nenulové hodnocení obou výpočtových písemek (min. 5 bodů za 1 písemku) a laboratorního cvičení, tzn. student musí absolvovat obě výpočtové písemky a splnit podmínky laboratorního cvičení.
Bodové hodnocení zkoušky: zkouška kombinovaná
- písemná část zkoušky - max. 15 bodů
- teoretická část zkoušky - max. 40 bodů
V celkovém zisku bodového ohodnocení zkoušky musí být obsaženo jak nenulové hodnocení výpočtové zkouškové písemky (min. 5 bodů) tak nenulové hodnocení vlastní ústní zkoušky, tzn. student musí absolvovat obě části zkoušky.
Bodové hodnocení předmětu se získá součtem bodů za cvičení a za absolvování zkoušky, výsledná klasifikace je dána podmínkami ve Studijním a zkušebním řádu VŠB TUO.
E-learning
Další požadavky na studenta
Další požadavky nejsou definovány.
Prerekvizity
Předmět nemá žádné prerekvizity.
Korekvizity
Předmět nemá žádné korekvizity.
Osnova předmětu
1. Koloidní soustavy. Vznik, kondenzační a dispergační metody, význam v průmyslové praxi a ekologii, stupeň disperzity, distribuční funkce a možnosti stanovení z experimentu.
2. Vlastnosti koloidních soustav. Vlastnosti optické (Tyndallův efekt, nefelometrie), kinetické (Brownův pohyb a difuzivita koloidních částic), elektrické (elektroforéza, sedimentační potenciál, proudový potenciál, elektroosmóza).
3. Struktura koloidních částic. Elektrický náboj koloidních částic, jeho vznik, micela. Helmholtzova, Gouyova a Sternova elektrická dvojvrstva. Lyofilní a lyofobní koloidy, jejich vznik a stabilita.
4. Stavové změny koloidních soustav. Koagulace, koalescence, soly a gely, xerogely, botnání, tixotropie. Metody dělení koloidních soustav. Dialýza, elektrodialýza, filtrace, elektro ultrafiltrace, ultrafiltrace, elektrodekantace.
5. Koagulace. Koagulační práh. Koagulace a adsorpce. Hardy-Schulzovo pravidlo, Hoffmeisterovy řady. Kinetika rychlé a pomalé koagulace monodisperzních soustav. Základní představy o koagulaci polydisperzních soustav. Kinetika botnání.
6. Sedimentace. Sedimentace v gravitačním a v centrifugálním poli, sedimentační rovnováha a sedimentační rychlost, určení molární hmotnosti na základě sedimentace.
7. Pohyb koloidních částic. Stokesův zákon pro laminární proudění kolem kulových částic. Difuzivita a pohyblivost koloidních částic. Pohyb koloidních částic v elektrostatickém poli.
8. Průchod disperzních soustav membránami. Osmotický tlak koloidních soustav. Donnanovy membránové rovnováhy. Viskozita koloidních soustav. Einsteinův vztah.
9. Emulze. Vznik a stabilita emulzí, emulgátory, stabilizátory emulzí (molekulární koloidy, elektrolyty, prášky, povrchově aktivní látky) a jejich fyzikálně-chemické působení, emulzní polymerace. Pasty. Pěny. Vznik, stabilita a použití pěn.
10. Povrchové jevy. Volná a povrchová energie, povrchové a mezifázové napětí. Smáčení tuhých látek kapalinou, Laplaceova rovnice, krajní úhel, metody měření. Mezifázové jevy na rozhraní nemísitelných kapalin. Povrchové filmy.
11. Adsorpce na pohyblivém fázovém rozhraní. Gibbsova adsorpční izoterma, povrchově aktivní a neaktivní látky. Principy flotace.
12. Adsorpce na tuhém fázovém rozhraní. Adsorpce plynů na tuhých látkách, adsorpce látek z roztoku, adsorpční izotermy (Freundlichova, Langmuirova, BET). Vliv podmínek na adsorpci. Adsorpční hystereze. Kinetika adsorpce.
13. Zakřivená fázová rozhraní. Tenze páry nad zakřivenými povrchy, Kelvinův vztah. Rozpouštění tuhých látek, kinetika. Termodynamika a kinetika krystalizace z roztoků. Rozdělovací koeficient a principy extrakce.
14. Polymerní soustavy. Teorie a termodynamika makromolekul. Atermální roztoky. Flory-Hugginsova teorie. Základní představy a modely nenewtonských kapalin.
Teoretické cvičení:
- Úvod – seznámení s časovým harmonogramem cvičení, podmínkami pro získání zápočtu a doporučenou literaturou. Velikost disperzních částic, stupeň disperzity, diferenciální a integrální rozdělovací funkce velikosti částic, střední molární hmotnosti.
- Elektrokinetické jevy, kinetika koagulace.
- Sedimentace hrubých a sedimentační rovnováha koloidních disperzních soustav.
- Osmotický tlak, membránové rovnováhy, membránová hydrolýza.
- Rozestírání a povrchové filmy. Adsorpce na pohyblivém fázovém rozhraní.
- Adsorpce na tuhém fázovém rozhraní z plynné fáze a z roztoku.
- Samostatná výpočtová práce.
Laboratorní cvičení:
- Bezpečnost práce v laboratoři, seznámení s laboratorními úlohami, základní informace o průběhu cvičení a formulace požadavků pro zpracování protokolu.
- Stanovení konstant adsorpční izotermy kyseliny octové na aktivním uhlí.
- Stanovení kapacity silně kyselého katexu ve standardním stavu.
- Kritická micelární koncentrace laurylsíranu sodného.
- Titrační křivky ionexů.
- Stanovení závislosti stupně botnání želatiny na pH roztoku.
- Adsorpce na mobilním fázovém rozhraní.
- Stanovení velikosti hydratačního obalu želatiny.
- Adsorpce metylénové modři na aktivním uhlí.
- Stanovení vybraných fyzikálních vlastností ionexů.
- Hodnocení obsahové a formální úrovně protokolů, zápočet.
Podmínky absolvování předmětu
Výskyt ve studijních plánech
Výskyt ve speciálních blocích
Hodnocení Výuky