Характеристика вагонов 81-717(714) 10 страница

Поляризацию можно осуществить включением электрода в цепь постоянного тока. Для этого необходимо составить электролити­ческую ячейку из электролита и двух электродов — изучаемого и вспомогательного. Включая ее в цепь постоянного тока, можно сделать изучаемый электрод катодом или (при обратном включе-. нии ячейки) анодом. Такой способ поляризации называется поля­ризацией от внешнего источника электрической энергии.

Рассмотрим простой пример поляризации. Пусть медный элек­трод находится в 0,1 т растворе CuS04, не содержащем никаких примесей, в том числе растворенного кислорода. Пока цепь не замкнута, потенциал электрода при 25°С будет иметь равновесное значение, равное

S = 0,337 + 0,030 lg Ю^-1 а* 0,31В

а на границе металла с раствором установится электрохимическое равновесие:

Cu²⁺ + 2e- ^=fc Си

Подключим электрод к отрицательному полюсу источника тока — сделаем его катодом. Избыток электронов, который по­явится теперь на электроде, сдвинет потенциал электрода в отри­цательную сторону и одновременно нарушит равновесие. Элек­троны будут притягивать катионы меди из раствора — пойдет про­цесс восстановления;

Си^г+ + 2е~ = Си

Если подключить электрод не к отрицательному, а к положи­тельному полюсу источника тока — сделать его анодом, то вслед­ствие удаления части электронов потенциал электрода сместится в положительную сторону и равневесие также нарушится. Но те­перь на электроде будет протекать процесс окисления, так кай в ходе этого процесса высвобождаются электроны!

Си = Сц^г+ + 2е~

Таким образом, поляризация электрода в отрицательную сто­рону связана с протеканием процесса восстановления, а поляри­зация в положительную сторону — с протеканием процесса окис­ления. Процесс восстановления иначе называют катодным процессом, а процесс окисления — анодным. В связи с этим поляризация в отрицательную сторону называется катодной поляризацией, ав положительную — анодной.

Другой способ поляризации электрода — это контакт его с электрохимиче­ской системой, электродный потенциал которой имеет более положительное или более отрицательное значение, чем потенциал рассматриваемого электрода.

Рассмотрим работу медно-цинкового гальванического элемента. При разо­мкнутой цепи как иа медном, так н на цинковом электродах устанавливаются электрохимические равновесия. Но электродные потенциалы, отвечающие этим равновесиям, различны. В случае 0,1 т растворов они равны:

^Cu'Cu^{2+ = 0,337 +} °'⁰³° ^{lg 10-1} ~ ^{0,31 В} <r_Zn/Zr]2+ = —0,763 + 0,030 lg Ю^-1 а* —0,79 В

При замыкании цепи оба электрода оказывают друг на друга поляризую­щее действие: потенциал медного электрода под влиянием контакта с цинком сдвигается в отрицательную сторону, а потенциал цинкового электрода под влиянием контакта с медью — в положительную. Иначе говоря, медный элек­трод поляризуется катодно, а цинковый — анодно. Одновременно на обоих электродах нарушаются электрохимические равновесия и начинают протекать электрохимические процессы: катодный процесс на медном электроде и анод­ный — на цинковом:

Cu²⁺ + 2е~ = Cu; Zn = Zn²⁺ + 2е~

Поляризация электрода — необходимое условие протекания электродного процесса. Кроме того, от ее величины зависит ско­рость электродного процесса: чем сильнее поляризован электрод, тем с большей скоростью протекает на нем соответствующая полу­реакция.

Кроме величины поляризации на скорость электродных процес­сов влияют некоторые другие факторы. Рассмотрим катодное вос­становление ионов водорода. Если катод изготовлен из платины, то для выделения водорода с заданной скоростью необходима определенная величина катодной поляризации. При замене пла­тинового электрода на серебряный (при неизменных прочих усло­виях) для получения водорода с прежней скоростью понадобится большая поляризация. При замене катода на свинцовый поляри­зация потребуется еще большая. Следовательно, различные ме­таллы обладают различной каталитической активностью по отно­шению к процессу восстановления ионов водорода. Величина по­ляризации, необходимая для протекания данного электродного Процесса с определенной скоростью, называется перенапряже­нием данного электродного процесса. Таким образом, перенапря­жение выделения водорода на различных металлах различно.

В табл. 20 приведены для 1 н. растворов величины катодной поляризации, которую необходимо осуществить на электроде для

выделения на нем водорода со скоростью 0,1 мл в минуту с 1 см² рабочей поверхности электрода.

Таблица 20. Перенапряжение выделения водорода иа различных металлах

Металл электрода	Электролит	Перенапряже­ние выделе­ния водоро­да, В	Металл электрода	Электролит	Перенапряже­ние выделе­ния водоро­да, В
Железо	НС1	0,5	Цинк	H2S04	1,0
Медь	H2S04	0,6	Ртуть	H2S04	1,2
Серебро	HCl	0,7	Свинец	H2S04	1,3

Выяснение связи между величиной поляризации и скоростью электродного процесса является важнейшим методом изучения электрохимических процессов. При этом результаты измерений обычно представляют в виде поляриза­ционных кривых — кривых зависимости плотности тока на электроде от величины поляризации. Вид поляризационной кривой того или иного электрод­ного процесса отражает особенности его протекания. Методом поляризацион­ных кривых изучают кинетику и механизм окислительно-восстановительных реакций, работу гальванических элементов, явления коррозии и пассивности металлов, различные случаи электролиза.

Большой вклад в развитие кинетики электродных процессов и теории пе­ренапряжения внес советский ученый А. Н Фрумкии *,

Глаза ДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ.
X КОЛЛОИДЫ

105. Дисперсное состояние вещества. Дисперсные системы. Кри­сталлы любого вещества, например сахара или хлорида натрия, можно получить разного размера — крупные и мелкие. Каков бы ни был размер кристаллов, все они имеют одинаковую для данного вещества внутреннюю структуру — молекулярную или ионную кри­сталлическую решетку.

* Александр Наумович Фрумкин (1895—1976)—крупнейший со-ветский электрохимик, академик, лауреат Ленинской и Государственной пре­мий. Разработал количественную теорию влияния электрического поля на ад­сорбцию молекул, развил учение о строении границы металл — раствор, внес значительный вклад в теорию э. д. с. гальванического элемента.

При растворении в воде кристаллов сахара и хлорида натрия образуются соответственно молекулярные и ионные растворы. Таким образом, одно и то же вещество может находиться в раз­личной степени раздробленности: макроскопически видимые ча­стицы (>0,2—0,1 мм, разрешающая способность глаза), микроско-

Рис. 87. Одно-, двух- и трехмерное диспергирование вещества приводит к образованию пленочно-(а), волок­нисто-^) и корпускулярнодисперс-ных (в) систем.

пически видимые частицы (от 0,2—0,1 мм до 400— 300 нм *, разрешающая спо­собность микроскопа при освещении белым светом) и отдельные молекулы (или ионы).

Постепенно складывались представления о том, что между ми­ром молекул и микроскопически видимых частиц находится об­ласть раздробленности вещества с комплексом новых свойств, при­сущих этой форме организации вещества.

Представим себе кубик какого-либо вещества, который будем разрезать параллельно одной из его плоскостей, затем полученные пластинки начнем нарезать на палочки, а последние — на кубики (рис. 87). В результате такого диспергирования (дробления) ве­щества получаются пленочио-, волокнисто- и корпускулярнодис-персные (раздробленные) системы. Если толщина пленок, попе­речник волокон или частиц (корпускул) меньше разрешающей способности оптического микроскопа, то они не могут быть обна­ружены с его помощью. Такие невидимые в оптический микроскоп частицы называют коллоидными, а раздробленное (дисперги­рованное) состояние веществ с размером частиц от 400—300 нм до1нм — коллоидным состоянием вещества.

Дисперсные (раздробленные) системы являются гетерогенными. Они состоят из сплошной непрерывной фазы —-дисперсионной среды и находящихся в этой среде раздробленных частиц того или иного размера и формы — дисперсной фазы.

* В этой главе мы будем иметь дело с миром малых величин. Напомним, что в системе СИ: 1 м (метр) = 10² см (сантиметра) = 10³ мм (миллиметра) = = 10⁶ мкм (микрометра) = 10⁹ нм (нанометра). Другие часто применяемые единицы — мк (микрон) и ммк (миллимикрон), причем: 1 см = 10 мм=10⁴мк=, = 10⁷ ммк. Таким образом: 1 им = Ю^-6 м = Ю^-7 см = 1 ммк; 1 мкм = Ю^-6 м => = Ю^-4 см = 1 мк.

Поскольку дисперсная (прерывная) фаза находится в виде от­дельных небольших частиц, то дисперсные системы, в отличие от гетерогенных со сплошными фазами, называют микрогетероген­ными, а коллоиднодисперсные системы называют также ультра-микрогетерогенными, чтобы подчеркнуть, что в этих системах граница раздела фаз не может быть обнаружена,в световом мик­роскопе.

Когда вещество находится в окружающей среде в виде молекул или ионов, то такие растворы называют истинными, т. е. гомоген­ными однофазными растворами.

Обязательным условием получения дисперсных систем является взаимная нерастворимость диспергируемого вещества и диспер­сионной среды. Например, нельзя получить коллоидные растворы сахара или хлорида натрия в воде, но они могут быть получены в керосине или в бензоле, в которых эти вещества практически нерастворимы.

Дисперсные системы классифицируют по дисперсности, агре­гатному состоянию дисперсной фазы и дисперсионной среды, ин­тенсивности взаимодействия между ними, отсутствию пли образо­ванию структур в дисперсных системах.

Количественной характеристикой дисперсности (раздробленно­сти) вешества является степень дисперсности (степень раздробленности, D) — величина, обратная размеру (а) дисперс­ных частиц:

З.;есь а равно либо диаметру сферических или волокнистых частиц, либо длине ребра кубических частиц, либо толщине пленок.

Степень дисперсности численно равна числу частиц, которые можно плотно уложить в ряд (или в стопку пленок) на протяже­нии одного сантиметра. В табл. 21 приведены условно принятые границы размеров частиц систем с различной раздробленностью вещества.

Таблица 21. Классификация корпускулярнодисперсных систем по степени дисперсности

Системы	Раздробленность вещества	Поперечник частиц, см	Степень дисперсности D, см^-1	Число атомов в одной частице
Грубодисперспые	Макроскопиче-	1-Ю-^2	1-Ю^2	> 10"
	ская Микроскопиче-	ю-^2— 10~^Е	10^2—10^5	> 10^8
Предельно-высоко-	кая Коллоидная	ю-^5—ю-^7	10^5 — 1 о^7	10^9-10^3
дисперсные Молекулярные и ион-	Молекулярная и	Ю-7-10-^8	> ю^7	< 10^3
ные	иомная

Если все частицы дисперсной фазы имеют одинаковые размеры, то такие системы называют монодисперсными (рис. 88, а и б). Частицы дисперсной фазы неодинакового размера образуют пол и дисперсные системы (рис. 88, в),

С повышением дисперсности все большее и большее число ато­мов вещества находится в поверхностном слое, на границе раз­дела фаз, по сравнению с их числом внутри объема частиц дис­персной фазы. Соотношение между поверхностью и объемом ха­рактеризует удельная поверхность: S_ys. = S/V, которая для частиц сферической формы равна

S_ya = 4яг²/(⁴/₃яг³) = 3/г = 6/d

а для частиц кубической формы

S_ya = б/²//³ = в/1

где г — радиус шара; d— его диаметр; / — длина ребра куба.

Так, удельная поверхность вещества, раздробленного до ми­кронных кубиков, составляет 6 • 10⁴ см^-1. При этом из 1 см³ обра­зуется 10¹² микронных кубнков с суммарной поверхностью (S = *=5_УД'У), равной 6-Ю⁴ см² (6 м²). При дальнейшем дроблении 1 см³ вещества до кубиков коллоидной дисперсности, например С длиной ребра /= 10~^в см (10 нм), их число достигает 10¹⁸ ча­стиц, суммарная поверхность — 6-Ю⁶ см² (600 м²), а удельная по­верхность — 6- 10^е см^-1.

Следовательно, с повышением дисперсности вещества все боль­шее значение имеют его свойства, определяемые поверхностными явлениями, т. е. совокупностью процессов, происходящих в меж­фазовой поверхности. Таким образом, своеобразие дисперсных си­стем определяется большой удельной поверхностью дисперсной фазы и физико-химическим взаимодействием дисперсной фазы и дисперсионной среды на границе раздела фаз.

Многообразие дисперсных систем обусловлено тем, что обра­зующие их фазы могут находиться в любом из трех агрегатных Состояний. При схематической записи агрегатного состояния дис­персных систем первым указывают буквами Г (газ), Ж (жид­кость) или Т (твердое) агрегатное состояние дисперсионной среды, затем ставят тире и записывают агрегатное состояние дисперсной фазы.

Дисперсные системы с газообразной дисперсионной средой на­зывают аэрозолями. Туманы представляют собой аэрозоли С жидкой дисперсной фазой (Г₄ •—Жг), а пыль и дым — аэро­золи с твердой дисперсной фазой (П — Т₂); пыль образуется при диспергировании веществ, а дым — прн конденсации летучих ве­ществ.

Пены — это дисперсия газа в жидкости (Ж1 — Г₂), причем в пенах жидкость вырождается до тонких пленок, разделяющих отдельные пузырьки газа. Эмульсиями называют дисперсные системы, в которых одна жидкость раздроблена в другой, нерас-творяющей ее жидкости (Ж1 — Жг). Низкодисперсные системы твердых частиц в жидкостях (Ж1 — Т₂) называют суспензия­ми, или взвесями, а предельно-высокодисперсные — ко л л о-

Свободно дисперсные

Рис. S! стены:

корпускулярно- (а — в), волокни­сто- (г)'и пленочно-дисперсные (д); а, 6 — моноднсперсные; в — поли­дисперсная система.

о -°

о о О о о_л о о

О о

°о °

, ^ о

и д н ы м и растворами, или золями*, часто лиозолями, чтобы подчеркнуть, что дисперсионной средой является жидкость (от греч. «лиос» — жидкость). Если дисперсионной средой является вода, то такие золи называют гидрозолями, а если органиче­ская жидкость — органозолями.

В твердой дисперсионной среде могут быть диспергированы газы, жидкости или твердые тела. К. системам Ti — Г₂ (твердые пены) относятся пенопласты, пенобетон, пемза, шлак, металлы с включением газов. Как своеобразные твер­дые пеиы можно рассматривать и хлебобулочные изделия. В твердых пенах газ находится в виде отдельных замкнутых ячеек, разделенных дисперсионной средой. Примером системы Т — Ж₂ является натуральный жемчуг, представ­ляющий собой карбонат кальция, в котором коллоидно-диспергирована вода.

Большое практическое значение имеют дисперсные системы типа Ti — Т₂. К ним относятся важнейшие строительные материалы (например, бетон), а также металлокерамические композиции (керметы, стр. 639) и ситаллы (стр. 500).

К дисперсным системам типа Ti—Т₂ относятся также некоторые сплавы, цветные стекла, эмали, ряд минералов, в частности некоторые драгоценные и полудрагоценные камни, многие изверженные горные породы, в которых при застывании магмы выделились кристаллы.

Цветные стекла образуются в результате диспергирования в силикатном стекле примесей металлов или их оксидов, придающих стеклу окраску. Напри­мер, рубиновое стекло содержит 0,01—0,1 % золота с размером частиц 4—30 мкм. Условия получения ярко-красных рубиновых и других окрашенных стекол изучались еще М. В. Ломоносовым. Эмали — это силикатные стекла с включениями пигментов (Sn0₂, Ti0₂, Zr0₂), придающих эмалям непрозрач­ность и окраску. Драгоценные и полудрагоценные камни часто представляют собой оксиды металлов, диспергированные в глиноземе или кварце (например, рубин — это Сг₂0₃, диспергированный в А1₂0₃).

* Термин золь происходит от латинского «solutio», что означает раствор, и был введен тогда, когда еще не было установлено коренное отличие коллоид­ных растворов как гетерогенных систем от истинных растворов.

Дисперсные системы могут быть свободнодисперсными (рис. 88) и связнодисперсными (рис. 89, а — в) в зависи­мости от отсутствия или наличия взаимодействия между частицами дисперсной фазы. К свободнодисперсным системам относятся аэро­золи, лиозоли, разбавленные суспензии и эмульсии. Они текучи. В этих системах частицы дисперсной фазы не имеют контактов, участвуют в беспорядочном тепловом движении, свободно переме­щаются под действием силы тяжести. Связнодисперсные систе­мы— твердообразны; они возникают при контакте частиц дисперс­ной фазы, приводящем к образованию структуры в виде каркаса или сетки. Такая структура ограничивает текучесть дисперсной системы и придает ей способность сохранять форму. Подобные структурированные коллоидные системы называют гелями.

Рис. 89. Связнодисперсные (а — в) и капиллярнодисперсные (г, д) си­стемы:

гель (а), коагулят с плотной (6) и рыхлой — «арочной» (в) структу­рой.

Переход золя в гель, происходящий в результате понижения устойчивости золя, называют гелеобразовапием (или же­латинированием). Сильно вытянутая и пленочно-листочко-вая форма дисперсных частиц повышает вероятность контактов между ними и благоприятствует образованию гелей при малой концентрации дисперсной фазы. Порошки, концентрированные эмульсии и суспензии (пасты), пены — примеры связнодисперсных систем. Почва, образовавшаяся в результате контакта и уплотне­ния дисперсных частиц почвенных минералов и гумусовых (орга­нических) веществ, также представляет собой связиодисперсную систему.

Сплошную массу вещества могут пронизывать поры и капил­ляры, образующие капиллярнодисперсные системы (рис. 89, г, д). К ним относятся, например, древесина, разнообраз­ные мембраны и диафрагмы, кожа, бумага, картон, ткани.

106. Состояние вещества на границе раздела фаз. Все жидкости и твердые тела ограничены внешней поверхностью, на которой они соприкасаются с фазами другого состава и структуры, например, С паром, другой жидкостью или твердым телом. Свойства вещества в этой межфазиой поверхности, толщиной в несколько поперечни­ков атомов или молекул, отличаются от свойств внутри объема фазы. Внутри объема чистого вещества в твердом, жидком или Газообразном состоянии любая молекула окружена себе подоб­ными молекулами. В пограничном слое молекулы находятся во взаимодействии или с разным числом молекул (например, на гра­нице жидкости или твердого тела с их паром), или с молекулами различной химической природы (например, иа границе двух взаимно малорастворимых жидкостей). Чем больше различие в на­пряженности межмолекулярных сил, действующих в каждой из фаз, тем больше потенциальная энергия межфазовой поверхности, кратко называемая поверхностной энергией.

Работу, затрачиваемую на изотермическое и обратимое обра­зование единицы новой поверхности раздела фаз и равную изме­нению энергии Гиббса в соответствующем процессе (см. § 67), называют удельной свободной поверхностной энер­гией (а). В случае границы двух конденсированных фаз эту ве­личину называют пограничным, а для границы жидкости с ее парами — поверхностным натяжением.

Поверхностное и пограничное натяжение выражаются в едини­цах работы, деленных на единицы площади (напомним, что 1 эрг = 1 дин-см = Ю-⁷ Дж; 1 м² — 10⁴ см²):

1 эрг/см² = 10~³ Дж/м² = 1 дин/см

Значение о зависит от природы соприкасающихся фаз, темпера­туры и добавок растворенных веществ.

Для большинства чистых жидкостей на границе с воздухом, насыщенным их парами (малополярной средой) поверхностное натяжение находится в пре­делах 1—5 -10^-2 Дж/м², а для сильно полярной жидкости — воды — прн 20 °С а = 7,275-Ю^-2 Дж/м². С повышением температуры величина а уменьшается (ослабление межмолекулярного взаимодействия), и при критической темпера­туре, когда исчезает граница между жидкостью и паром, а = 0.

Для расплавленных солей прн 400—1000 °С а «0,15 Дж/м². Для ртути при комнатной температуре а «0,48 Дж/м². Для других металлов в расплав­ленном состоянии а достигает 1 Дж/м² и более.

Все самопроизвольные процессы происходят в направлении уменьшения энергии Гиббса (см. § 67). Аналогично иа границе раздела фаз самопроизвольно происходят процессы в направлении уменьшения свободной поверхностной энергии, равной произведе­нию ее удельного значения (о) на площадь поверхности (S). Во всех системах произведение aS стремится к минимальному значе­нию, возможному для данной системы при сохранении постоянства се объема. Вследствие этого дисперсные системы принципиально термодинамически неустойчивы.

Если о постоянно, то самопроизвольно происходят процессы в направлении уменьшения суммарной поверхности (S), приводя­щие к уменьшению дисперсности, т. е. к укрупнению частиц. По­этому происходит слияние мелких капель в туманах, дождевых облаках и эмульсиях, агрегация высокодисперсных частиц в более крупные образования. Все это приводит к разрушению дисперсных систем: туманы и дождевые облака проливаются дождем, эмуль­сии расслаиваются, коллоидные растворы коагулируют, т.е. разделяются на осадок дисперсной фазы (коагулят, рис. 89, б, б) и дисперсионную среду, или, в случае вытянутых частиц дисперс­ной фазы, превращаются в гель (рис. 89, а).

Способность раздробленных систем сохранять присущую им степень дисперсности называется агрегативной устойчи­востью. Агрегативная неустойчивость коллоидного состояния вещества отличает его от агрегативно устойчивых грубодисперсных и молекулярных систем. Агрегативной неустойчивостью коллоид­ного состояния вещества обусловливается изменчивость коллоид­ных систем как во времени, так и под влиянием добавок разнооб­разных веществ *.

* В учение об агрегативной неустойчивости как качественной особенности коллоидного состояния вещества и в развитие представлений о стабилизаторах дисперсности большой вклад внес Николай Петрович Песков (1880—■ 1940)—профессор Московского химико-технологического института имени Д. И. Менделеева,

Если в той или иной системе величина поверхности не может изменяться, то самопроизвольное убывание произведения oS осу­ществляется путем уменьшения о на границе раздела фаз. Это является причиной адсорбционных процессов (см. § 109), состоя­щих в изменении концентрации и состава веществ на границе раз­дела фаз. Общая направленность самопроизвольных процессов к уменьшению свободной поверхностной энергии не только является причиной лабильности высокодисперсных систем, но и открывает путь стабилизации дисперсности путем изменения межфазовых по­верхностей (см. § ИЗ).

Высокодисперсное состояние вещества — качественно особая форма его существования. Поэтому область естествознания, изу­чающая объективные физические и химические закономерности поверхностных явлений и гетерогенных высокодисперсных систем, сформировалась в самостоятельную научную дисциплину, называе­мую коллоидной химией.

107. Коллоиды и коллоидные растворы. Частицы коллоидных размеров могут иметь различную внутреннюю структуру, что су­щественно сказывается как на методах получения коллоидных растворов, так и на их свойствах. Существуют следующие три типа внутренней структуры первичных частиц коллоидных раз­меров.

I тип — суспензоиды (или необратимые коллоиды, лиофобные коллоиды). Так называют коллоидные раство­ры металлов, их оксидов, гидроксидов, сульфидов и других солей. Первичные частицы дисперсной фазы коллоидных растворов этих веществ по своей внутренней структуре не отличаются от струк­туры соответствующего компактного вещества и имеют молекуляр­ную или ионную кристаллическую решетку. Суспензоиды — типич­ные гетерогенные высокодисперсные системы, свойства которых определяются очень сильно развитой межфазной поверхностью. От суспензий они отличаются более высокой дисперсностью. Суспен-зоидами их назвали потому, что, как и суспензии, они не могут длительно существовать в отсутствие стабилизатора дисперсности. Необратимыми их называют потому, что осадки, остающиеся при выпаривании таких коллоидных растворов, не образуют вновь золя при контакте с дисперсионной средой. Лиофобными (греч. «лиос» — жидкость, «фобио» — ненавижу) их назвали, предполагая, что особые свойства коллоидных растворов этого типа обусловлены очень слабым взаимодействием дисперсной фазы и дисперсионной среды. Концентрация лиофобных золей невелика, обычно меньше 0,1 %• Вязкость таких золей незначительно отличается от вязкости дисперсионной среды.

Лиофобные золи, как вообще дисперсные системы, в соответ­ствии с их промежуточным положением между миром молекул и крупных тел, могут быть получены двумя путями: методами дис­пергирования, т. е. измельчения крупных тел, и методами конден­сации молекулярно- или ионнорастворенных веществ. Измельчение путем дробления, помола, истирания дает сравнительно крупно-дисперсные порошки (<60 мкм). Более тонкого измельчения до-

107. Коллоиды и коллоидные растворы

стнгают с помощью специальных аппаратов, получивших название коллоидных мельниц, или применяя ультразвук.

Метод конденсации состоит в получении нерастворимых соеди­нений путем реакций обмена, гидролиза, восстановления, окисле­ния. Проводя эти реакции в сильно разбавленных растворах и в присутствии небольшого избытка одного из компонентов, полу­чают не осадки, а коллоидные растворы. К конденсационным ме­тодам относится также получение лнозолей путем замены раство­рителя. Например, коллоидный раствор канифоли можно получить, выливая ее спиртовой раствор в воду, в которой канифоль нерас­творима.

Как было выяснено ранее (§ 106), чем выше дисперсность, тем больше свободная поверхностная энергия, тем больше склонность к самопроизвольному уменьшению дисперсности. Поэтому для по­лучения устойчивых, т. е. длительно сохраняющихся, суспензий, эмульсий, коллоидных растворов необходимо не только до­стигнуть заданной дисперсности, но и создать условия для ее ста­билизации. Ввиду этого устойчивые дисперсные системы состоят не менее чем из трех компонентов: дисперсионной среды, дисперс­ной фазы и третьего компонента — стабилизатора дисперсной си­стемы.

Стабилизатор может иметь как ионную, так и молекулярную, часто высокомолекулярную, природу. Ионная стабилизация золей лиофобных коллоидов связана с присутствием малых концентра­ций электролитов, создающих ионные пограничные слои между дисперсной фазой и дисперсионной средой (см. § 112 и 113).

Высокомолекулярные соединения (белки, полипептиды, полир--ниловый спирт и другие), добавляемые для стабилизации дисперс­ных систем, называют защитными коллоидами. Адсорби-руясь на границе раздела фаз, они образуют в поверхностном слое сетчатые и гелеобразиые структуры, создающие структурно-меха­нический барьер, который препятствует объединению частиц дис­персной фазы. Структурно-механическая стабилизация имеет ре­шающее значение для стабилизации вззесей, пает, пен, концентри­рованных эмульсий.

II тип — ассоциативные, или мицелл я рные, кол­лоиды. Их называют также полуколлоидами. Коллоиднодисперс-ные частицы этого типа возникают при достаточной концентрации дифильных * молекул низкомолекулярных веществ путем их ассо­циации в агрегаты молекул — мицеллы — сферической или пла­стинчатой формы (рис. 90):

* Дифильными называют молекулы, которые состоят из углеводород­ного радикала, имеющего сродство к неполярным растворителям, и гидрофиль­ной (полярной) группы, имеющей сродство к воде.

Молекулярный, истинный растЕОр Мицалляриый коллоидный раствор (золь)

Мицеллы представляют собой скопления правильно располо­женных молекул, удерживаемых преимущественно дисперсионны­ми силами.

Дата добавления: 2014-11-16