Akademický rok 2019/2020 |
Garant: | prof. RNDr. Jaroslav Cihlář, CSc. | |||
Garantující pracoviště: | ÚMVI | |||
Jazyk výuky: | čeština či angličtina | |||
Cíle předmětu: | ||||
Kurz poskytne studentům zejména doktorského studia materiálového a fyzikálního inženýrství základní fyzikálně-chemické poznatky potřebné pro experimentální studium v oblasti anorganických koloidů a povrchového chování anorganických částic. |
||||
Výstupy studia a kompetence: | ||||
Kurz poskytne studentům zejména doktorského studia materiálového a fyzikálního inženýrství základní fyzikálně-chemické poznatky potřebné pro experimentální studium v oblasti materiálových syntéz, tvarování materiálů a vlastností zejména nekovových materiálů. | ||||
Prerekvizity: | ||||
Znalosti z oblasti materiálových věd a inženýrství na magisterské úrovni. | ||||
Obsah předmětu (anotace): | ||||
Kurz podává základy koloidní a povrchové chemie včetně typů koloidních soustav a koloidních jevů; témata kurzu: van der Waalsovy síly, elektrická dvojvrstva, elektrokinetické jevy, elektrostatická, elektrosterická a sterická stabilizace, reologie disperzí, povrchové napětí a kontaktní úhel a adsorpce z roztoků a vznik monomolekulární vrstvy. | ||||
Metody vyučování: | ||||
Předmět je vyučován formou přednášek, které mají charakter výkladu základních principů a teorie dané disciplíny. | ||||
Způsob a kritéria hodnocení: | ||||
Zkouška hodnotící teoretické znalosti a jejich praktické aplikace proběhne formou 30 minutové presentace s diskusí na téma koloidní a povrchové chemie blízké cílům disertační práce doktoranda. T |
||||
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky: | ||||
Kurz proběhne v závislosti na počtu zájemců formou konzultací nebo přednášek. Na závěr kurzu doktorand vypracuje tématickou prezentaci z oblasti koloidní a povrchové chemie. |
||||
Typ (způsob) výuky: | ||||
Přednáška | 10 × 2 hod. | nepovinná | ||
Osnova: | ||||
Přednáška | 1. van der Waalsovy síly - klasifikace van der Waalsových sil (Londonova, Keesonova, Debeyova interakce) - přitažlivé a odpudivé síly - energetické potenciálové křivky, molekulární interakce a mocninový zákon - molekulový původ van der Waalsových sil - van der Waalsovy síly mezi velkými částicemi (nebo velkými tělesy) Hamakerova konstanta, měření van der Waalsových sil - vliv prostředí na van der Waalsovy síly (efektivní a negativní Hamakerova konstanta) 2. Elektrická dvojvstva (edv) - povrchový náboj a edv (náboj povrchu, kapacitní model edv) - difuzní dvojvrstva - Debey - Huckelova aproximace (Poissonova rovnice, distribuce potenciálu kolem rovinného povrchu a kulové částice, D-H parametr) - elektrická dvojvrstva: Gauy - Chapmanova theorie (C-Ch rovnice) - překryv dvojvrstev a odpuzování částic (odpuzování mezi kulovými dvojvrstvami) - Sternova adsorpce (vliv neindifentních elektrolytů na dvojvrstvu) 3. Elektrokinetické jevy-elektroforéza - pohyblivost malých iontů a mokroiontů v elektrickém poli - zeta potenciál (ZP): silná dvojvrstva (zeta potenciál kulové částice, elektroforetické pohyblivost (EPM) and Huckelova rovnice) - zeta potenciál: tenká dvojvrstva (Helmotz-Smoluckowskiho rovnice a EPM) - zeta potenciál: obecná teorie pro kulové částice (Henryho rovnice, relaxace dvojvrstvy) - elektroosmóza a proudový potenciál - viskoelastický efekt a jeho vliv na ZP a EPM - aplikace elektrokinetických jevů (stabilita koloidů a elektroforetická depozice) 4. Elektrostatická a elektrosterická stabilita koloidů - síly mezi částicemi a struktura a stabilita koloidních disperzí (silné odpuzování, silné přitahování, modelování) - Darjuguin-London-Verwey-Overbeekova (DLVO) teorie stability koloidů (vliv Hamakerovy konstanty a koncentrace elektrolytu, kritická koagulační koncentrace) - teorie koagulace ve zředěných suspenzích (stabilizační poměr, rychlá a pomalá koagulace) - polymer-koloidní směsi: stabilizace a flokulace, interakce mezi částicemi povlečenými polymerem - Síly indukované polymerem: odpudivé a přitažlivé síly způsobené polymery, sterická stabilizace 5. Rheologie disperzí - Newtonův viskozitní zákon - viskozimetry: soustředné válce, kužel-deska, kapilární viskozimetr - Navier-Stokesova rovnice - Einsteinova teorie viskozity disperzí - Odchylky od Einsteinova modelu (vliv velkého objemu tuhé fáze, vliv solvatace, elektroviskózní a viskoelektrický efekt) - Ne-newtonovské chování (Binghamovo plastické chování, thixotropický, rheopaktický, elektroviskózní efekt) - viskozita roztoků polymerů (Standinger-Mark-Houwinkova rovnice) 6. Povrchové napětí a kontaktní úhel - povrchové napětí a povrchová Gibbsova energie - povrchové napětí a kapilarita: Laplacova rovnice - zakřivené rozhraní a fázová rovnováha: Kelvinova rovnice -vztah mezi povrchovým napětím a kontaktním úhlem: Youngova rovnice - kontakt kapaliny s porézními látkami (porozimetrie) 7. Adsorpce z roztoků a tvorba monomolekulární vrstvy - termodynamika adsorpce z roztoků: Gibbsova rovnice - adsorpce na tuhém povrchu: Langmuirova rovnice - adsorpce v přítomnosti vnějšího potenciálu elektrokapilarita, Lippmannova rovnice) |
|||
Literatura - základní: | ||||
1. P.C. Hiemenz, R. Rajagopalan: Principles of colloid and surface chemistry, Marcel Dekker, New York 1997 | ||||
2. R.J. Hunter: Foundations of Colloid Science, Oxford University Press, Oxford 2001 | ||||
3. C. W. Macosko: Rheology, Principles, measurements, and applications, WCH, Weinheim 1994 |
Zařazení předmětu ve studijních programech: | |||||||||
Program | Forma | Obor | Spec. | Typ ukončení | Kredity | Povinnost | St. | Roč. | Semestr |
Vysoké učení technické v Brně
Fakulta strojního inženýrství
Technická 2896/2,
616 69 Brno
IČ 00216305
DIČ CZ00216305
+420 541 141 111
+420 726 811 111 – GSM O2
+420 604 071 111 – GSM T-mobile