Молекулярно-кинетические свойства коллоидных растворов

Электрические свойства

Электрические свойства доказывают, что коллоидные частицы заряжены. При реакции:

AgNO₃+KI=AgI+KNO₃

при избытке KI образуется частица

{[AgI]_mnI^-(n-x)K⁺}^-xK⁺ . ë___ядро____û адс. слойú диф.слой

ë______гранула_______û

ë_______ мицелла______________û

Несколько молекул объединяются в агрегат [AgI]_m. На поверхности агрегата адсорбируются n ионов иода, сообщающих заряд, вместе образуют заряженное ядро. Часть ионов К⁺ адсорбируется на поверхности ядра, образуя прочный адсорбционный слой, ядро с этим слоем образует гранулу. Остальные противоионы К⁺ образуют размытый диффузный слой, вместе образуется электронейтральная мицелла. Кинетической единицей является гранула. При наложении электрического поля гранулы движутся к одному электроду, противоионы диффузного слоя к другому.

На рисунке 4.2 показана зависимость потенциала частицы относительно раствора как функция расстояния. Разность потенциалов между границей раздела адсорбционного и диффузного слоёв и остальным раствором называется дзета(z)-потенциалом; его величина зависит от толщины диффузного слоя. На величину потенциала влияют природа и концентрация ионов в растворе и природа дисперсной фазы. Обычно увеличение концентрации ионов приводит к сжатию диффузионного слоя, за счет того, что часть противоионов из диффузного слоя переходит в адсорбционный; в этом случае z-потенциал уменьшается.

Структура мицеллы зависит от условий получения. Например, если реакцию проводить при избытке AgNO₃, то мицелла имеет строение:

{[AgI]_mnAg+(n-x)NO₃-}+xNO₃-.

Таким образом, заряд гранулы определяется тем ионом ядра, который был в избытке в начале реакции.

В электрическом поле происходит направленное движение гранул к одному электроду и противоионов к другому. Это называется электрофорез. Он используется для очистки золей.

Другое явление - перемещение дисперсионной среды относительно неподвижной дисперсной фазы называется электроосмос. Он используется для обезвоживания и сушки пористых материалов.

Тепловое движение частиц проявляется в таких явлениях, как броуновское движение, диффузия, осмотическое давление. Броуновским движением называют видимое в микроскоп беспорядочное перемещение частиц дисперсной фазы в дисперсионной среде. Оно не затухает, так как вызвано тепловым движением молекул дисперсионной среды и отсутствием полной компенсации ударов, испытываемых частицей. Мерой перемещения частицы является величина ее среднего смещения Dr за промежуток времени t. Среднеквадратичное смещение Dr² связано с радиусом r частицы уравнением Эйнштейна-Смолуховского:

Dr²=RTt/3phrN,

где R - универсальная газовая постоянная, h - вязкость среды, T - абсолютная температура, N - число Авогадро. Чем крупнее частица, тем меньше величина ее смещения. Броуновское движение может быть направленным, если в системе есть участки с различной концентрацией. Направленное броуновское движение, приводящее к выравниванию концентраций частиц в растворе, называется диффузией. Диффузия протекает самопроизвольно и описывается законом Фика:

dm/dt=DS(-dC/dx),

где dm/dt - скорость перехода массы вещества через поперечное сечение площадью S, dC/dx - градиент концентрации вещества в направлении оси x, D - коэффициент диффузии. Если частицы рассматривать как жесткие сферы, коэффициент диффузии можно рассчитать по формуле:

D=RT/(6phrN)

Осмосом называется процесс односторонней диффузии растворителя через полупроницаемую мембрану от раствора с меньшей концентрацией к раствору с большей концентрацией. Это явление объясняет вертикальное положение стебельков растений. Величина осмотического давления П, измеряемого внешним давлением, которое необходимо приложить, чтобы противодействовать осмосу, зависит только от молярной концентрации раствора:

П=СRT

В коллоидных растворах концентрация частиц много меньше, чем в истинных, поэтому в них осмотическое давление сравнительно мало.

Дата добавления: 2014-01-07