Способы получения дисперсных систем

Основными способами получения дисперсных систем являются диспергирование и конденсация.

Дисперсионный метод (диспергирование) заключается в раздроблении и измельчении вещества, выступающего в роли дисперсной фазы, до размеров коллоидных частиц. В частности, для получения золей металлов широко используется электрическое распыление металлов: под действием электрической дуги металл испаряется, пары металла в дисперсионной среде конденсируются и формируются в микрокристаллы, которые и образуют коллоидные частицы.

Конденсационный метод (конденсация) основан на том, что частицы дисперсной фазы образуются за счет объединения молекул вещества в ассоциаты. Важным условием для использования данного метода является пересыщенность системы по отношению к диспергируемому веществу и наличие условий для возникновения кристаллов. К этому методу относятся способ смены растворителя и использование химических реакций. Способ смены растворителя заключается в подборе растворителя, с которым диспергируемое вещество образует истинный раствор, при этом сам растворитель должен растворяться в дисперсионной среде. Если такой раствор добавить в дисперсионную среду, то в результате выпадения диспергируемого вещества в осадок и объединения его молекул получается коллоидный раствор. Химические реакции, в результате которых образуются труднорастворимые вещества, позволяют получить наиболее однородные коллоидные системы. Например, при взаимодействии раствора сульфата калия K₂SO₄ и избытка раствора хлорида бария BaCl₂ получается осадок сульфата бария BaSO₄:

BaCl_{2 (изб.)} + К₂SO₄ = BaSO₄↓ + 2КCl,

Ba²⁺ + 2Cl^‾ + 2К⁺ + SO₄^2‾ = BaSO₄↓ + 2К⁺ + 2Cl^‾.

В результате образуется коллоидный раствор, в котором мицелла имеет положительно заряженную коллоидную частицу и отрицательно заряженный диффузный слой противоионов:

{[(mBaSO₄) ∙ nВа²⁺ ∙ 2(n-x)Cl^‾ ∙ yH₂O]^2х+ · 2xСl^‾ ∙ zH₂O}⁰.

При взаимодействии силиката калия К₂SiO₃ с избытком серной кислоты Н₂SO₄:

Н₂SO_{4 (изб.)} + К₂SiO₃ = H₂SiO₃↓ + К₂SO₄,

2H⁺ + SO₄^2‾ + 2К⁺ + SiO₃^2‾ = H₂SiO₃↓ + 2К⁺ + SO₄^2‾.

мицелла будет иметь следующую формулу:

{[(mH₂SiO₃) ∙ 2nH⁺ ∙ (n-x)SO₄^2- ∙ yH₂O]^2х+ ∙ xSO₄^2- ∙ zH₂O}.

Таким образом, коллоидные частицы золя кремниевой кислоты заряжены положительно за счет ионов H⁺, а противоионы заряжены отрицательно (SO₄^2-).

Золи гидроксидов металлов можно получить путем гидролиза солей соответствующих металлов. Например, при полном гидролизе хлорида железа FeCl₃ протекает реакция:

FeCl₃ + 3H₂O _(изб.) = Fe(OH)₃↓ + 3HCl,

Fe³⁺ + 3Cl^‾ + 3H₂O = Fe(OH)₃↓ + 3H⁺ + 3Cl^‾.

В результате данной реакции образуется мицелла, в состав которой входят: агрегат молекул (mFe(OH)₃) – ядро; адсорбированный слой, состоящий из зарядообразующих ионов железа Fe³⁺ и гидратированных противоионов хлора Cl^‾; и диффузный слой гидратированных противоионов хлора:

{[(mFe(OH)₃) ∙ nFe³⁺ ∙ 3(n-x)Cl^‾ ∙ yH₂O]^3x+ · 3xСl^‾ ∙ zH₂O}⁰.

Для получения устойчивых дисперсных систем необходимо не только достигнуть определенной дисперсности веществ, но и создать условия для ее стабилизации, поэтому, как правило, в системы вводят вещества, называемые стабилизаторами дисперсной системы. Стабилизатор может иметь как ионную, так и молекулярную (чаще высокомолекулярную) природу. Ионная стабилизация связана с присутствием малых концентраций электролитов, которые создают ионные пограничные слои между дисперсной фазой и дисперсионной средой. Высокомолекулярные стабилизаторы адсорбируются на границе раздела фаз и образуют в поверхностном слое сетчатые и гелеобразные структуры, создающие структурно-механический барьер, препятствующий слипанию частиц дисперсной фазы.