Получение и очистка коллоидных растворов

Получить коллоидные системы можно двумя противоположными способами:

1) Диспергирование - или диспергационные методы - это измельчение, дробление.

2) Метод конденсации или конденсационные – это ассоциация ионов или молекул в агрегаты из истинных растворов.

3) Метод пептизации.

Но при получении коллоидных частиц должны соблюдаться 2 важных условия:

1) дисперсная фаза не должна растворяться в дисперсионной среде;

2) в системе обязательно должен быть стабилизатор, препятствующий слипанию частиц.

Рассмотрим каждый из методов.

1. Диспергационные методы

Диспергационные методы – это способы получения лиофобных золей путем дробления крупных кусков до агрегатов коллоидных размеров. (10 ^-7 – 10 ^-5 см).

Существенные черты диспергационных методов:

1) измельчение производится в инертной среде;

2) диспергирование является несамопроизвольным процессом.

В зависимости от вида внешней работы, диспергационные методы можно подразделить на механическое, ультразвуковое и электрическое диспергирование.

Механическое дробление – дробление грубодисперсных систем путем раздробления, удара, истирания, расщепления. Измельчение частиц до размеров в несколько десятков микрон осуществляется с помощью шаровых мельниц.

Шаровая мельница – это полый цилиндрический сосуд, заполненный шарами из того же материала, что и сам цилиндр (сталь, агат, фарфор и др.), занимающими 30-40 % от общего объема сосуда. При медленном вращении цилиндра шары перекатываются, истирая и дробя материал.

Очень тонкое дробление (применяют для дробления крахмала, сахара, кофе, графит, хим.реактивов) (до 0,1-1 микрона) достигается на специальных коллоидных мельницах с узким зазорами между быстро вращающимся ротором (10-20 тыс. об/мин) и неподвижным корпусом. Следует иметь в виду, что механическое диспергирование является очень энергоемким.

Диспергирование ультразвуком – происходит за счёт разрывающих усилий. Они возникают в жидкости или твёрдом непрочном теле при прохождении через них ультразвуковых колебаний с частотой 10⁴ – 10⁶ Гц. При прохождении звуковой волны в системе возникают местные, быстро чередующиеся сжатия и расширения вещества, которые приводят к его разрушению. Этот метод применим, и является эффективным только при диспергировании малопрочных веществ – сера, графит, крахмал, краски и т.д. Широко используют для получения эмульсий.

Электрическое диспергирование – этим методом получают коллоидные растворы или золей металлов путем распыления в вольтовой дуге электродов из металла, погруженных в воду. Для получения более стойких гидрофобных золей в воду вводят следы стабилизирующих электролитов. Таким образом, получают гидрозоли щелочных металлов. Усовершенствовав этот метод (уч. Сведберг) сделал его пригодным для получения органозолей. Он применил переменный ток высокой частоты, а сами электроды помещал в металлический порошок, лежащий на дне сосуда в дисперсионной среде. Таким образом, получены органозоли железа, никеля, алюминия, хрома.

2. Конденсационные методы

Конденсационные методы – это способы получения коллоидных растворов путем объединения (конденсации) молекул и ионов в агрегаты коллоидных размеров. Система из гомогенной превращается в гетерогенную, т.е. возникает новая фаза (дисперсная фаза). Обязательным условием является пересыщенность исходной системы.

Конденсационные методы классифицируют:

а) физическую конденсацию;

б) химическую конденсацию.

Физическая конденсация.

Первоначально вещество находиться в виде молекул или ионов. Необходимо создать условия, при которых оно будет конденсироваться, образуя дисперсную фазу, и прекратиться конденсация должна, когда частицы достигнут коллоидных размеров.

Физическая конденсация может осуществляться из паров или путём замены растворителя.

Конденсация из паров: исходное вещество находиться в паре; при понижении температуры пар становится пересыщенным и частично конденсируется, образуя дисперсную фазу. Таким образом, получают гидрозоли ртути и некоторых других металлов.

Метод замены растворителя: метод основан на изменении состава и свойства дисперсионной среды. Например: канифоль хорошо растворима в спирте, а спирт в H₂O. И если в воду вводить спиртовой раствор канифоли, образуется мутноватый устойчивый золь.

Химическая конденсация.

В этом случае вещество образующее дисперсную фазу, получается в результате химической реакции. Чтобы образовался коллоидный раствор, а не истинный или осадок, необходимо соблюдение 3-х условий:

а) чтобы вещество дисперсной фазы было нерастворимо в дисперсионной среде;

б) чтобы скорость V_образ. зародышей >> V_{скорость роста кристаллов.} ;

в) чтобы одно из исходных веществ было взято в избытке, именно оно является стабилизатором.

Примеры: реакция восстановления, реакция окисления, реакции гидролиза, обмена