Химия (стр. 16 )

Стабилизация коллоидных систем происходит за счет адсорбции молекул дисперсионной среды или ионов электролита, находящегося в растворе. На границе коллоидной частицы формируется двойной электрический слой, коллоидные частицы приобретают одинаковый заряд, что препятствует их «слипанию».

Ионы, которые формируют заряд коллоидной частицы, называются потенциалобразующими ионами. К ним притягиваются ионы с противоположным зарядом – противоионы, которые располагаются в адсорбционном и диффузионном слоях мицеллы.

Между адсорбционным и диффузионным слоями происходит ионный обмен. Коллоидная частица заряжена, а мицелла электронейтральна.

Пример. Строение мицеллы коллоидной частицы иодида серебра.

Реакция образования иодида серебра может быть представлена в виде:

KI (избыток) + AgNO3 AgI + KNO3

Строение мицеллы: {m[AgI] nI (n-x)K+}xK+

где “m” – число молекул иодида серебра в ядре; “n” – число анионов в первом адсорбционном слое коллоидной частицы; n + x = m; обычно m >> n.

Если в избытке находится нитрат серебра, то на поверхности ядра коллоидной частицы в первую очередь группируются ионы серебра, достраивая кристаллическую решетку твердой фазы, а в качестве противоионов выступают нитрат-анионы.

На поверхности ядра мицеллы возникает электрический межфазный потенциал (j - потенциал), который уменьшается при увеличении расстояния от поверхности ядра за счет адсорбции противоионов.

_ А _ j _ _ _ _ x + d B r (толщина адсорбционного слоя)

Если поместить коллоидную частицу в электрическое поле, то противоионы диффузного слоя отрываются от коллоидной частицы и перемещаются в сторону соответствующего электрода, а коллоидная частица – в противоположную сторону. В ее составе остается часть диффузионного слоя (линия АВ показывает границу поверхности скольжения).

Потенциал коллоидной частицы на поверхности скольжения называется электрокинетическим потенциалом или x(зета)-потенциалом.

x-потенциал является мерой устойчивости коллоидных систем: если ½x½< 30 mV, происходит коагуляция (разрушение) коллоидных частиц.

Введение индифферентных сильных электролитов в коллоидные растворы приводит к уменьшению величины x-потенциала в связи с увеличением концентрации противоионов и сжатием диффузного слоя. В том случае, когда концентрация индифферентного электролита достаточно велика, возможно достижение изоэлектрического состояния (x=0).

При введении сильного электролита, содержащего одноименные ионы, происходит дополнительная адсорбция потенциалобразующих ионов на поверхности коллоидной частицы, что приводит к увеличению x-потенциала. После достижения максимально возможной адсорбции электролит, содержащий одноименные ионы, начинает действовать так же, как и индифферентный электролит, то есть x-потенциал уменьшается и после достижения критической величины наступает коагуляция коллоидных частиц.

Коагулирующая способность электролитов характеризуется величиной порога коагуляции – минимальной концентрацией электролита, которая вызывает коагуляцию коллоидного раствора. Порог коагуляции уменьшается с увеличением заряда коагулирующего иона (иона, знак заряда которого аналогичен знаку заряда противоиона коллоидных частиц). Для моно-, ди- и трехзарядных ионов отношение их порогов коагуляции составляет 1:11:72.

В некоторых случаях процесс коагуляции является обратимым. Процесс обратной трансформации коагулята в коллоидный раствор называется пептизация или дезагрегация.

Устойчивость лиофобных золей увеличивается при добавлении небольших количеств растворов высокомолекулярных соединений (например, растворов желатины, таннина и др.). Защитное действие растворов высокомолекулярных соединений связано с образованием адсорбированного защитного слоя на поверхности коллоидной частицы. Характеристикой защитного действия является защитное число – минимальное количество (мг) твердого вещества, которое предотвращает коагуляцию 10 мл коллоидного раствора при добавлении сильного электролита в количестве, определяемом порогом коагуляции.

Условиями образования коллоидных растворов являются нерастворимость дисперсной фазы в дисперсионной среде и присутствие стабилизатора.

Свойства лиофильных коллоидных растворов

(растворов высокомолекулярных соединений, ВМС)

1.  Гомогенные системы.

2.  Образуются самопроизвольно и термодинамически устойчивы.

3.  Коллигативные свойства определяются концентрацией ВМС.

4.  Коллоидные частицы могут иметь заряд (ионные ВМС) или быть незаряженными.

5.  Порог коагуляции электролитов-коагуляторов значительно превышает порог коагуляции для лиофобных коллоидных систем. Механизм действия коагуляторов связан с процессами десольватации ВМС (высаливание). В результате высаливания обычно возникают образования, похожие на коагуляты: волокна, хлопья, творожистые осадки. В некоторых случаях образуются капли второй жидкой фазы – структурированной жидкости, приближающейся по свойствам к студню. Это явление носит название коацервации и характерно для многих белков. Концентрация ВМС в коацерватных каплях увеличивается, а в остальном растворе – уменьшается по сравнению с исходной.

6.  Концентрированные растворы ВМС характеризуются значительной вязкостью.

Методы приготовления коллоидных растворов

1.  Дисперсионные методы (измельчение крупных агрегатов молекул до размеров коллоидных частиц):

а) механическая дисперсия (перемолка с помощью механических приспособлений – шаровых мельниц, гриндеров и др);

б) электрическая дисперсия (измельчение с помощью электрического тока), используется для получения золей металлов и других токопроводящих материалов;

в) метод пептизации (свежеприготовленный осадок промывают раствором электролита-стабилизатора. Пример. пептизация гексацианоферрата (II) калия раствором щавелевой кислоты, стабилизатор – оксалат-ион:

K4[Fe(CN)6] + FeCl3 KFe[Fe(CN)6] + 3KCl

H2C2O4 2H+ + C2O42-

{m[KFe[Fe(CN)6]] n C2O42- (n-x)H+}xH+.

2.  КОНДЕНСАЦИОННЫЕ МЕТОДЫ (образование агрегатов из отдельных молекул – образование коллоидных растворов в процессе химических реакций):