Строение коллоидной мицеллы

Лиофобные коллоиды обладают очень высокой поверхностной энергией и являются поэтому термодинамически неустойчивыми; это делает возможным самопроизвольный процесс уменьшения степени дисперсности дисперсной фазы (т.е. объединение частиц в более крупные агрегаты) – коагуляцию золей. Тем не менее золям присуща способность сохранять степень дисперсности – агрегативная устойчивость, которая обусловлена, во-первых, снижением поверхностной энергии системы благодаря наличию на поверхности частиц дисперсной фазы двойного электрического слоя и, во-вторых, наличием кинетических препятствий для коагуляции в виде

иодида калия (потенциалопределяющие ионы – анионы I^–, противоионы – ионы К⁺) может быть изображена следующим образом:

{[AgI]_m · nI^– · (n-x)K⁺}^x– · x K⁺

При получении золя иодида серебра в избытке нитрата серебра коллоидные частицы будут иметь положительный заряд:

{[AgI]_m · nAg⁺ · (n-x)NO₃^–}^x+ · x NO₃^–
электростатического отталкивания частиц дисперсной фазы, имеющих одноименный электрический заряд.

Строение структурной единицы лиофобных коллоидов – мицеллы – может быть показано лишь схематически, поскольку мицелла не имеет определенного состава. Рассмотрим строение коллоидной мицеллы на примере гидрозоля иодида серебра, получаемого взаимодействием разбавленных растворов нитрата серебра и иодида калия:

AgNO₃ + KI ––> AgI + KNO₃

Коллоидная мицелла золя иодида серебра (см. рис. 4.9) образована микрокристаллом иодида серебра, который способен к избирательной адсорбции из окружающей среды катионов Ag+ или иодид-ионов. Если реакция проводится в избытке иодида калия, то кристалл будет адсорбировать иодид-ионы; при избытке нитрата серебра микрокристалл адсорбирует ионы Ag+. В результате этого микрокристалл приобретает отрицательный либо положительный заряд; ионы, сообщающие ему этот заряд, называются потенциалопределяющими, а сам заряженный кристалл – ядром мицеллы. Заряженное ядро притягивает из раствора ионы с противоположным зарядом – противоионы; на поверхности раздела фаз образуется двойной электрический слой. Некоторая часть противоионов адсорбируется на поверхности ядра, образуя т.н. адсорбционный слой противоионов; ядро вместе с адсорбированными на нем противоионами называют коллоидной частицей или гранулой. Остальные противоионы, число которых определяется, исходя из правила электронейтральности мицеллы, составляют диффузный слой противоионов; противоионы адсорбционного и диффузного слоев находятся в состоянии динамического равновесия адсорбции – десорбции.

Схематически мицелла золя иодида серебра, полученного в избытке

AgNO₃ + KI ––> AgI + KNO₃

Схематически мицелла золя иодида серебра, полученного в избытке иодида калия (потенциалопределяющие ионы – анионы I^–, противоионы – ионы К⁺) может быть изображена следующим образом:

{[AgI]_m · nI^– · (n-x)K⁺}^x– · x K⁺

При получении золя иодида серебра в избытке нитрата серебра коллоидные частицы будут иметь положительный заряд:

{[AgI]_m · nAg⁺ · (n-x)NO₃^–}^x+ · x NO₃^–

Билет №40

Устойчивость коллоидных систем

Устойчивость коллоидных систем связана с зарядом поверхности (первичная устойчивость) и с эффектом отталкивания коллоидных частиц (вторичная устойчивость). Первичная устойчивость определяется общим потейциалом частиц твердого вещества, вторичная — в основном электрокинетическим потенциалом. Лиофильные коллоидные системы более устойчивы, чем лиофобные.

Коагуляция - это самопроизвольный физический процесс укрупнения частиц дисперсной фазы в результате потери агрегативной устойчивости под влиянием внешних факторов.

Все эти внешние воздействия приводят к изменению строения ДЭС, имеющегося на поверхности коллоидной частицы. Например, при длительном хранении золей может произойти спонтанная коагуляция, обусловленная потерей стабилизатора. Коагуляция происходит при нагревании золей в результате десорбции стабилизатора или при замораживании; при механическом воздействии на золь, например, при перемешивании, при разбавлении или концентрировании золя и даже в присутствии чужеродной поверхности (гетерокоагуляция).

Очень часто коллоидный раствор разрушается под действием электролитов. Коагуляцию вызывают все электролиты, даже стабилизаторы.

Наименьшее количество электролита, необходимое для коагуляции 1 м3 коллоидного раствора, называется порогом коагуляции (γ).

при V << W, где С – концентрация раствора электролита (коагулянта), моль/л; V – его объем, вызывающий коагуляцию, м3; W – объем коллоидного раствора, м3.

Чем меньше порог коагуляции, тем меньше нужно добавить коагулянта для разрушения золя.

"Рабочим" ионом коагулянта является ион, заряд которого противоположен заряду коллоидной частицы (или одинаков с зарядом противоионов). Его называют коагулирующим ионом.

Согласно правилу Щульце-Гарди,

«Чем больше заряд коагулирующего иона, тем меньше порог коагуляции. Коагулирующая способность двухвалентных ионов ~ в 50 раз, а трехвалентных ~ в 1000 раз больше, чем одновалентных».

Скорость коагуляции зависит от концентрации коагулирующего электролита.

При низкой концентрации электролита коагуляция вообще не происходит; при превышении некоторого порога концентраций начинается укрупнение коллоидных частиц, но не все столкновения частиц кончаются их слипанием. Такая область протекания процесса называется медленной коагуляцией. Скорость медленной коагуляции зависит от концентрации электролита, увеличиваясь при ее повышении.

При большой концентрации электролита скорость коагуляции перестает зависеть от концентрации, т.к. все столкновения частиц заканчиваются их слипанием – это область быстрой коагуляции.

Дата добавления: 2015-08-31