УСТОЙЧИВОСТЬ И КОАГУЛЯЦИЯ КОЛЛОИДНЫХ СИСТЕМ

Под устойчивостью дисперсной системы понимают постоянство во времени ее состояния и основных свойств: дисперсности, равномерного распределения частиц дисперсной фазы в объеме дисперсионной среды и характера взаимодействия между частицами. Н.П. Песков ввел понятие о двух видах устойчивости дисперсных систем: седиментационной (кинетической) и агрегативной. Седиментационная устойчивость позволяет сохранять равномерное распределение частиц в объеме. Основными условиями этой устойчивости являются высокая дисперсность и участие частиц дисперсной фазы в броуновском движении. Агрегативная устойчивость дисперсных систем – это способность сохранять во времени степень дисперсности. Причиной этого типа устойчивости является наличие одинакового заряда коллоидных частиц.

Вопросы устойчивости дисперсных систем занимают важное место в коллоидной химии. Обладая большой суммарной площадью поверхности раздела фаз, дисперсные системы имеют избыток свободной поверхностной энергии:

G = σ S,

где σ – поверхностное натяжение;

S –суммарная площадь поверхности раздела фаз.

 

Вследствие этого коллоидные системы термодинамически неустойчивы и стремятся перейти в более устойчивое состояние с меньшим значением G. Это возможно либо за счет уменьшения σ, либо уменьшения S (укрупнения частиц). Процесс объединения частиц дисперсной фазы в более крупные агрегаты, сопровождающиеся выпадением осадка труднорастворимого вещества, называют коагуляцией.

Коагуляция протекает самопроизвольно, так как ведет к уменьшению суммарной поверхности и, следовательно, к снижению поверхностной энергии. Факторами, вызывающими коагуляцию, могут быть: изменение температуры, действие света, различных излучений, механическое воздействие. Однако наиболее важным фактором является действие электролитов. Электролиты, добавленные к золям, быстро и резко влияют на величину φ - и ζ -потенциалов, вызывая сжатие ДЭС.

Закономерности влияния электролитов на процессы коагуляции установлены Шульце и Гарди и известны как правило Шульце – Гарди: коагулирующим действием обладает тот ион электролита, который имеет заряд, противоположный заряду гранулы; коагулирующее действие тем сильнее, чем выше заряд иона- коагулятора.

Минимальная концентрация электролита, при которой данный электролит вызывает коагуляцию, называется порогом коагуляции.

Его рассчитывают:

С_к = (С_эк · V) _{электролита} / (V_золя + V_{электролита}), (моль/л),

где С_эк – молярная концентрация эквивалентов электролита;

V_золя – объем золя, л;

V_{электролита} – объем электролита, л.

Величина, обратная порогу коагуляции, называется коагулирующей способностью:

V_к = 1/ С_к, (л/моль).

Коагулирующая способность равна объему золя в литрах, скоагулированного одним молем электролита.

Отношение порогов коагуляции для ионов разных зарядов было найдено теоретически Б.В.Дерягиным и Л.Д. Ландау и названо законом шестой степени. Согласно закону Дерягина− Ландау соотношение порогов коагуляции одно-, двух - и трехзарядных ионов имеет вид:

С_к ^I: С_к ^II: С_к ^III = (1/1)⁶: (1/2)⁶ : (1/3)⁶ =730: 11: 1.

Правило Шульце-Гарди на основании опытных данных дает для тех же ионов соотношение 500: 25: 1.

Таким образом, с увеличением зарядов ионов-коагуляторов порог коагуляции уменьшается, а коагулирующая способность возрастает.