Теоретическое введение. К коллоидным растворам (или золям) относят предельно высокодисперсные системы, в которых дисперсная фаза представлена частицами

К коллоидным растворам (или золям) относят предельно высокодисперсные системы, в которых дисперсная фаза представлена частицами

твердого вещества, имеющими поперечник 10^–5 – 10^–7 см. Обязательным условием образования коллоидных растворов является взаимная нерастворимость дисперсной фазы и жидкой дисперсионной среды.

Рассмотрим строение коллоидных частиц на примере получения коллоидного раствора бромида серебра AgBr при взаимодействии нитрата серебра AgNO₃ и бромида калия KВr в их сильноразбавленных растворах при небольшом избытке одного из веществ, например, KВr. Ядро такой коллоидной частицы (мицеллы) образуют ассоциаты молекул нерастворимого в воде вещества AgBr, образовавшиеся в результате реакции:

AgNO₃ + KBr → AgBr ↓ +KNO₃

На поверхности ядра адсорбируются ионы, идентичные ионам, образующим кристаллическую решетку ядра, либо сходные с ними. В данном случае, при избытке KBr, который в растворе диссоциирует на К⁺ и Вr^–, будут адсорбироваться ионы Вr^–, в результате чего поверхность ядра приобретет отрицательный заряд. Эти ионы образуют потенциалопределяющий слой коллоидной мицеллы. К этой частице будут притягиваться ионы противоположного знака, образуя слой противоионов, состоящий из адсорбционной (плотной) и диффузной частей. Таким образом, на границе раздела фаз возникает двойной электрический слой, состоящий из пространственно разделенных электрических зарядов противоположного знака. Адсорбционная часть двойного электрического слоя состоит из потенциалопределяющих ионов и части противоионов; диффузная часть двойного электрического слоя образована остальными противоионами. Формула коллоидной мицеллы имеет следующий вид:

Схема строения коллоидной мицеллы будет выглядеть следующим образом:

1 - ядро;

2 - двойной электрический слой;

3 - его адсорбционная часть;

4 - его диффузная часть;

5 - потенциалопределяющий слой (Вr^–);

6 - слой противоионов (K⁺).

 

Если при взаимодействии сильноразбавленных растворов тех же веществ – AgNO₃ и KBr - будет наблюдаться небольшой избыток AgNO₃, то формула коллоидной мицеллы в данном случае будет иной:

Ядро коллоидной частицы также будет состоять из ассоциатов молекул AgBr, однако потенциалопределяющий слой будут образовывать ионы Ag⁺, a слой противоионов - NO , которые находятся в растворе вследствие избытка нитрата серебра, который подвергается диссоциации:

AgNO₃ Ag⁺ +

Характерной чертой коллоидных растворов является их агрегативная неустойчивость - коллоидные растворы под влиянием разных факторов разрушаются. Процесс распада коллоидного раствора на осадок дисперсной фазы (коагулят) и дисперсионную среду, происходящий вследствие слипания частичек дисперсной фазы, называют коагуляцией. Вытянутые частички дисперсной фазы при коагуляции превращаются в гель – структурированные связнодисперсные системы, возникающие при контакте частиц дисперсной фазы с образованием структуры в виде каркаса или сетки.

Коагуляция коллоидных растворов возможна при добавлении к этому раствору электролитов. Электролиты способны вытеснять противоионы из диффузной части в адсорбционную, толщина двойного электрического слоя при этом уменьшается и происходит слипание частичек.

Коагулирующее действие электролитов характеризуют порогом коагуляции - наименьшей концентрацией электролита, вызывающего коагуляцию. Порог коагуляции для большинства электролитов лежит в пределах от 10^-5 до 0, 1 моля в литре золя. Он зависит от заряда коагулирующего иона электролита, то есть иона, заряд которого противоположен по знаку заряду коллоидной частицы: чем больше заряд иона, тем меньше порог коагуляции и тем быстрее происходит коагуляция.

Коллоидные растворы обладают некоторой агрегативной устойчивостью, т.е. способны в определенных условиях сохранять присущую им степень дисперсности. Это возможно в следующих случаях:

1) при очень малой концентрации дисперсных частиц в сильноразбавленных растворах или при очень высокой вязкости дисперсионной среды;

2) в присутствии стабилизаторов дисперсности - ионов или молекул, образующих двойной электрический слой на границе раздела фаз (ионы), либо адсорбционные слои из молекул дисперсионной среды и растворенных в ней веществ вокруг коллоидных частиц, либо защитные пленки на поверхности коллоидных частиц из молекул поверхностноактивных веществ или высокомолекулярных соединений (защитных коллоидов).

На границе раздела фаз в дисперсных системах наблюдается физико-химическое взаимодействие дисперсной фазы и дисперсионной среды, которое проявляется в виде адсорбции. Адсорбцией называется процесс поглощения одного вещества (сорбтива) другим (сорбентом), происходящий на границе раздела фаз. Адсорбция сопровождается изменением концентрации сорбтива.