Разрушение коллоидных систем

В дисперсионной среде на частицу дисперсной фазы действуют различные силы. Размеры и масса частиц таковы, что они участвуют в броуновском движении. Броуновским движением называется беспорядочное, хаотичное движение частиц. Интенсивность броуновского движения возрастает с повышением температуры, уменьшением размеров частиц и вязкости среды. Наличие броуновского движения при отсутствии других сил приводит к диффузии коллоидных частиц, т.е. распространению их в объеме раствора и к выравниванию их концентрации по всему объему. В земных условиях на любую систему действует сила тяжести. Свободное движение коллоидных частиц под действием гравитационного поля (вверх или вниз) называется седиментацией. Скорость седиментации увеличивается с возрастанием разности плотностей коллоидных частиц и окружающей среды, с ростом радиуса частиц и с уменьшением вязкости среды. Таким образом, коллоидные частицы под действием силы тяжести стремятся осесть на дно сосуда (или всплыть), тогда как броуновское движение стремится распределить частицы равномерно по всему объему.

Устойчивость коллоидных систем определяется величиной коллоидных частиц и свойствами удельной поверхности. Количественной характеристикой устойчивости является степень дисперсности D. Коллоидная система будет тем устойчивее, чем больше степень дисперсности. Различают кинетическую и агрегативную устойчивость. Кинетическая устойчивость заключается в том, что концентрация коллоидных растворов одинакова по всему объему системы. Агрегативная устойчивость заключается в способности раздробленных систем сохранять свою степень раздробленности.

Кинетическая устойчивость нарушается вследствие оседания частиц дисперсной фазы – седиментации, агрегативная устойчивость нарушается при объединении и укрупнении частиц путем их слипания – коагуляции. Коагуляцией называется процесс слипания частиц, сопровождающийся потерей агрегативной устойчивости, разрушением дисперсной системы и полным разделением фаз.

Устойчивость коллоидного раствора можно нарушить, нейтрализуя электрические заряды коллоидных частиц, что приводит к укрупнению частиц в более сложные агрегаты, т.е. происходит коагуляция. Вещества, вызывающие коагуляцию, называются коагулянтами; к ним относятся различные электролиты. При добавлении электролита коллоидная частица адсорбирует ионы противоположного знака, что и вызывает нейтрализацию зарядов. Коагулирующее действие электролитов характеризуют порогом коагуляции, т.е. наименьшей концентрацией электролита, вызывающей коагуляцию. Чем меньше заряд коагулирующего иона, тем больше ионов требуется на коагуляцию коллоида, следовательно, многозарядные ионы имеют повышенную адсорбционную способность и меньшее значение порога коагуляции.

Например, из формулы мицеллы золя гидроксида железа (II)

[(mFe(OH)₂ · nFe²⁺ · 2(n-x)Cl^‾ ∙ yH₂O]^2x+ ∙ 2xСl^‾ ∙ zH₂O}⁰

видно, что коллоидная частица золя имеет положительный заряд:

[(mFe(OH)₂ · nFe²⁺ · 2(n-x)Cl^‾ ∙ yH₂O]^2x+.

Коагуляцию рассматриваемого золя будет вызывать тот из ионов добавленного электролита, заряд которого противоположен заряду коллоидной частицы. В данном случае это анионы, например РO₄^3-, SO₄^2- и Cl‾. Коагулирующая способность иона определяется его зарядом: чем больше заряд иона, тем больше его коагулирующая способность. Заряд иона РO₄^3- больше, чем заряд SO₄^2- и заряд иона Cl‾, следовательно в ряду РO₄^3-, SO₄^2-, Cl‾ коагулирующая способность ионов будет уменьшаться. Поэтому, чтобы вызвать коагуляцию коллоидного раствора гидроксида железа (II), потребуется меньшее количество раствора K₂SO₄, чем раствора KCl, и меньше раствора K₃РO₄, чем раствора K₂SO₄.

Коагуляцию коллоидного раствора с отрицательно заряженными коллоидным частицами будут вызывать катионы, поэтому для этой цели добавляют соли, содержащие Fe³⁺ или Al³⁺.

Для очистки коллоидных растворов от ионов используют метод диализа, позволяющий разделить коллоидные частицы и ионы. Диализом называется метод разделения, основанный на неодинаковой способности компонентов раствора к диффузии через тонкие пленки (мембраны). При диализе мембраны (тонкие пленки из пергамента, нитроцеллюлозы и др.) пропускают ионы и молекулы низкомолекулярных веществ, а коллоидные частицы задерживают.

ВОПРОСЫ