ДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ. КОЛЛОИДНЫЕ РАСТВОРЫ. 1. Дисперсные системы и их классификация. 2. Методы получения и очистки коллоидных растворов. 3. Строение коллоидных частиц. 4. Устойчивость и коагуляция коллоидных систем.

Коллоидная химия – наука, изучающая физико-химические свойства гетерогенных, высоко-дисперсных систем и ВМС (высоко-молекулярных соединений). Томас Грэм (1862)

ДИСПЕРСНАЯ СИСТЕМА – Дисперсная фаза ( Д.Ф.) - Дисперсионная среда ( Д.С.) -

Д.С. Д.Ф. Условное обозначение Примеры Газ Жидкость Твердое тело Г / Г Ж / Г Т / Г Отсутствует Туман, облака Дым, пыль, порошки Жидкость Газ Жидкость Твердое тело Г / Ж Ж 1 / Ж 2 Т / Ж Пена Эмульсии Взвеси, суспензии Твердое тело Газ Жидкость Твердое тело Г / Т Ж / Т Т 1 / Т 2 Пемза, хлеб Почва, грунт Минералы,сплавы Классификация дисперсных систем

II. По степени дисперсности дисперсной фазы 1. Грубодисперсные системы >10 -7 м или >100 нм 2. Коллоидно-дисперсные системы м, нм Молекулярно-ионные (истинные) растворы: < м, < 1 нм

Грубодисперсные системы Коллоидно- дисперсные системы Истинные растворы Гетерогенные Термодинамически неустойчивы Стареют со временем Частицы не проходят через бумажный фильтр Гетерогенные Термодинамически неустойчивы Стареют со временем Проходят Гомогенные Устойчивые Не стареют Проходят Свойства систем различной степени дисперсности

Грубодисперсные системы Коллоидно- дисперсные системы Истинные растворы Частицы не проходят через ультрафильтры (мембраны) Отражают свет, поэтому непрозрачны Не проходят Прозрачные, но рассеивают свет, поэтому опалесцирующие (дают конус Тиндаля) Проходят Прозрачные

МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ КОЛЛОИДНЫХ РАСТВОРОВ: I. Методы диспергирования: 1. - механическое дробление; 2. - дробление ультразвуком ; 3. - электрический метод ; 4. - метод пептизации.

II. Методы конденсации физические методы: а - метод замены растворителя б - метод конденсации паров химические методы: - реакции восстановления (Ag 2 O+H 2 2Ag +H 2 O) - реакции окисления (2H 2 S + SO 2 3S + 2Н 2 О) - реакции обмена (СuСl 2 + Na 2 S CuS + 2NaCl) - реакции гидролиза (FеСl 3 +ЗН 2 O Fe(OH) 3 +3HCI)

МЕТОДЫ ОЧИСТКИ КОЛЛОИДНЫХ РАСТВОРОВ: Диализ

Электродиализ

Ультрафильтрация

Компенсационный диализ (вивидиализ) - АИП

МИЦЕЛЛА (Лат. Mica -крошка) - это отдельная частица дисперсной фазы коллоидного раствора с жидкой дисперсионной средой. Мицеллярная теория строения коллоидных частиц

Ядро состоит из агрегата (микрокристаллы малорастворимого вещества) и потенциалопределяющих ионов (ПОИ). Мицелла состоит из: 1. ядра; 2. адсорбционного слоя; 3. диффузного слоя.

Правило ПАНЕТТА-ФАЯНСА: кристаллическую решетку ядра достраивает тот ион, который находится в растворе в избытке и содержится в агрегате или родственен ему.

Условия получения золя: 1. плохая растворимость Д.Ф. в Д.С., т.е. наличие границы раздела фаз; 2. размер частиц м (1-100 нм) ; 3. наличие иона стабилизатора, который сорбируясь на ядре прeпятствует слипанию частиц (ион-стабилизатор определяется правилом Панетта- Фаянса)

агрегат m моль (NH 4 ) 2 S взят в избытке n моль : n (NH 4 ) 2 S 2n NH n S 2- ПОИпротивоионы { [m CuS] агрегат n S 2- ПОИ ядро (2n-x) NH 4 + адсорбционный слой } х- гранула x NH 4 + мицелла часть противоионов диффузный слой Х – не вошли в адсорбционный слой СuSO 4 + (NH 4 ) 2 S CuS+(NH 4 ) 2 SO 4

СuSO 4 взят в избытке n моль; n СuSO 4 n Сu 2+ + n SO 4 2- противоионы ПОИ { m (CuS) агрегат n Сu 2+ ПОИ ядро (n-x) SO 4 2- часть противоионов адсорбционный слой } гранула 2x+ x SO 4 2- диффузный слой мицелла СuSO 4 + (NH 4 ) 2 S CuS+(NH 4 ) 2 SO 4

В мицелле существует 2 скачка потенциала : 1) φ - электротермодинамический – φ ~ 1 В. 2) ζ (дзетта) - электрокинетический – ζ = 0,1 В Состояние гранулы, когда все ионы диффузного слоя переходят в адсорбционный и ζ = 0 - называется изоэлектрическим. {[m CuS] n Сu 2+ (n-x) SO 4 2- } 2x+ x SO 4 2- φ ζ

Устойчивость коллоидных растворов: I.Седиментационная (кинетическая) устойчивость - Критерии: 1.броуновское движение; 2.степень дисперсности; 3. вязкость дисперсионной среды (чем, тем уст-сть); 4. температура (чем, тем уст-сть).

II. Агрегативная устойчивость – способность системы противостоять слипанию частиц дисперсной фазы. Критерии: 1. ионная оболочка, т.е. наличие двойного электрического слоя; ДЭС = адсорбционный + диффузный слой 2. сольватная (гидратная) оболочка растворителя (чем, тем уст-сть); 3. величина ζ– потенциала гранулы ( чем > ζ, тем уст-сть) 4. температура.

Основные факторы устойчивости коллоидных растворов 1. Величина ζ-потенциала 2. Величина электродинамического потенциала (φ) 3. Толщина диффузного слоя 4. Величина заряда гранулы

КОАГУЛЯЦИЯ - процесс укрупнения частиц дисперсной фазы золя с последующим выпадением в осадок. Факторы, вызывающие коагуляцию: 1. увеличение концентрации золя; 2. действие света; 3. изменение температуры; 4. облучение; 5. добавление электролитов.

Зависимость скорости коагуляции от концентрации электролита скрытая явная медленная быстрая

Порог коагуляции - наименьшее количество электролита, которое вызывает явную коагуляцию 1л золя γ = C· V / V о γ - порог коагуляции, моль/л; С - концентрация электролита, моль/л; V - объем раствора электролита, л; V o - объем золя, л. Р = 1/ γ - коагулирующая способность электролита

Правило Шульце-Гарди: Для разновалентных ионов их коагулирующее действие прямо пропорционально зарядам ионов в шестой степени

Р(Al +3 ) : Р(Ca +2 ) : Р(K +1 ) Гранула ( - ) 3 6 : 2 6 : : 64 : 1 γ(Al +3 ):γ(Ca +2 ):γ(K +1 ) 1/3 6 :1/2 6 :1/1 6 Гранула ( + ) Р(PO 4 3- ) : Р(SO 4 2- ) : Р(Cl - ) 3 6 : 2 6 : 1 6 γ(PO 4 3- ): γ(SO 4 2- ): γ(Cl - ) 1/3 6 :1/2 6 :1/1 6

При коагуляции смесями электролитов возможны 3 случая: 1) аддитивность – 2) антагонизм – 3) синергизм –

C2C2 C1C γ2γ2 γ1γ1 Коагуляция смесями электролитов: 1 – аддитивность; 2 – антагонизм; 3 - синергизм

Механизм коагуляции золей электролитами 1. Сжатие диффузного слоя 2. Избирательная адсорбция ионов с зарядом, противоположным заряду гранулы 3. Ионообменная адсорбция

Защита коллоидов от коагуляции Устойчивость коллоидов к действию электролитов повышается при добавлении к ним ВМС (белков, полисахаридов: желатин, крахмал, казеин натрия. Механизм защитного действия ВМС: 1. Макромолекулы ВМС адсорбируются на коллоидных частицах золя. Т.к. молекулы ВМС гидрофильны, то гидрофобные части золя, окруженные молекулами ВМС, становятся более гидрофильными и устойчивость их в водном растворе увеличивается. 2. Увеличиваются сольватные оболочки вокруг гидрофобных частиц, что препятствует сближению и слипанию частиц золя.