Очистка коллоидных систем

Пример 13.2.

Методы получения и очистки коллоидных систем.

Имеются два возможных пути получения коллоидных растворов. Один путь состоит в укрупнении частиц при агрегации молекул или ионов – такой метод называют конденсационным. Второй путь заключается в измельчении крупных частиц до коллоидной дисперсности, его осуществляют методом диспергирования.

При получении коллоидов в системе обязательно должны присутствовать вещества (стабилизаторы), образующие защитные оболочки вокруг частиц и препятствующие их слипанию, то есть коагуляции и выпадению в осадок (седиментации). Это электролиты, ПАВ, белковые соединения и т. п.

Метод конденсации.

Конденсация может протекать и как химический, и как физический процесс. В обоих случаях метод конденсации основан на образовании в гомогенной среде новой фазы, имеющей коллоидную дисперсность.

1. Получение коллоидного раствора возможно в результате химических реакций вкоторых образуются труднорастворимые вещества (гидролиз, окисление, восстановление, реакции двойного обмена и т. п.),. Стабилизатором обычно служит одно из реагирующих веществ. Чтобы образовался коллоидный раствор, а не выпал осадок, нужно, чтобы скорость образования зародышей была больше, чем скорость их роста. Это достигается путем вливания небольшого количества концентрированного раствора одного компонента в очень разбавленный раствор другого компонента при тщательном перемешивании.

Реакция гидролиза

;

Степень гидролиза возрастает с повышением температуры и с увеличением разведения. Возможна следующая схема строения мицелл коллоидного раствора:

.

Реакция двойного обмена

.

При проведении реакции в присутствии избытка нитрата бария мицелла коллоидного раствора будет иметь строение:

.

2. Получение коллоидного раствора методом замены растворителя. Этот метод относится к физической конденсации. Он основан на том, что раствор вещества понемногу прибавляют к жидкости, которая хорошо смешивается с растворителем, но в которой растворенное вещество настолько мало растворимо, что выделяется в виде высокодисперсной фазы.

3. Получение коллоидного раствора при помощи конденсации паров. При понижении температуры пар становится пересыщенным и частично конденсируется, образуя дисперсную фазу. Например, при конденсации водяных паров из атмосферы в воздухе образуются туман и облака. Стойкие коллоидные растворы могут образовываться при пропускании паров какого–либо простого вещества в жидкость в результате конденсации.

Метод диспергирования.

Методы измельчения крупных образований до коллоидного состояния подразделяются на механические, физические и физико–химические.

1. Механическое диспергирование.Это один из основных путей образования коллоидных систем в природе: при обвалах, выветривании, эрозии почв и т. д. Искусственное механическое диспергирование осуществляют при помощи различных способов измельчения. Такой процесс включает грубое, среднее и мелкое диспергирование. В основу действия машин–измельчителей положены принципы раздавливания, раскалывания, истирания, удара и т. п. Так диспергируют сухие краски, крахмал, пряности, какао.

2. Диспергирование при помощи ультразвука. Под действием ультразвуковых волн взвесь грубодисперсного вещества размельчается до коллоидного состояния. Так получают коллоидные растворы графита, лекарственных веществ.

3. Электрическое диспергирование (распыление). Этот метод состоит в том, что через охлажденную дисперсионную среду пропускают электрический ток между электродами (создается вольтова дуга), изготовленными из материала, коллоидный раствор которого хотят получить.

4. Метод пептизации (физико – химический метод диспергирования). Пептизация – это перевод рыхлого осадка, полученного в результате коагуляции, снова в коллоидный раствор путем промывания осадка растворителем с целью вымывания избытка коагулирующих ионов. Из осадка удаляются коагулирующие ионы, образуются двойные электрические слои и сольватные оболочки вокруг коллоидных частиц. Пептизация – процесс, обратный коагуляции. Пептизацию можно осуществить и путем адсорбции на частицах осадка ионов электролита-стабилизатора, который добавляется к осадку.

5. Самопроизвольное диспергирование. Если на границе раздела «твердое тело – дисперсионная среда» или «жидкость – дисперсионная среда» поверхностное натяжение очень мало (0 < 10^-3 Н/м), то происходит самопроизвольное диспергирование с образованием термодинамически устойчивой коллоидной системы. К таким системам относятся, например, водные растворы эмульсолов – углеводородов с большим содержанием мыл или мылоподобных поверхностно–активных веществ (эмульсолы применяются как смазочные жидкости в металлорежущей технике). Типичными липофильными коллоидными мылами являются мицеллярные растворы ПАВ, микроэмульсии и критические эмульсии. Примером самопроизвольного диспергирования может служить самодиспергирование жиров в желудке под действием желчных кислот в качестве диспергатора.

При получении коллоидных растворов тем или иным методом, особенно с помощью химических реакций, практически невозможно точно предусмотреть необходимое количественное соотношение реагентов. По этой причине в образовавшихся золях может присутствовать чрезмерный избыток электролитов, что снижает устойчивость коллоидных растворов. Для получения высокоустойчивых систем и для изучения их свойств золи подвергаются очистке как от электролитов, так и от всевозможных других низкомолекулярных примесей

Очистка коллоидных систем. Очистку проводят методом диализа или электродиализа.

Диализ основан на различной проницаемости мембран по отношению к ионам и коллоидным частицам. Диализатор состоит из сосуда с растворителем, в котором помещен другой сосуд с коллоидным раствором, отделенным от растворителя полупроницаемой мембраной. Ионы электролитов будут проникать из коллоидного раствора в чистый растворитель и, таким образом, коллоидный раствор со временем будет избавлен от избытка электролитов и значительно повысит свою устойчивость. Для ускорения диализа повышают температуру, увеличивают поверхность мембраны. Диализ также ускоряют, увеличивая скорость движения ионов электролита действием постоянного электрического тока. Такой диализ называется электродиализом.

Очистку коллоидных систем от избыточного электролита осуществляют также методом ультрафильтрации. В процессе ультрафильтрации, движущей силой которого является разность давлений по обе стороны мембраны, через мембрану проходят ионы и молекулы воды, а коллоидные частицы задерживаются.

Дата добавления: 2013-12-13