Методы получения дисперсных систем

Лекция 20. Электрокинетические явления

Вопросы для самопроверки

1. В чем состоит отличие адсорбции на твердой поверхности от адсорбции на поверхности жидкости?

2. Что такое физическая и химическая адсорбция, в чем их сущность?

3. Как рассчитать величину адсорбции в системе твёрдое – жидкость?

4. На каких принципах основана теория мономолекулярной адсорбции Ленгмюра?

5. Приведите уравнение изотермы адсорбции Ленгмюра. Что такое предельная адсорбция?

6. Рассмотрите уравнение Фрейндлиха. В каких условиях и для каких систем оно применимо?

7. Объясните принцип графического определения констант адсорбции по уравнению Фрейндлиха?

20.1 Методы получения дисперсных систем

20.2 Электрофорез, электроосмос, потенциалы седиментации и протекания

20.3 Электрокинетический потенциал и его определение

Химическое вещество может быть получено в коллоидном состоянии при следующих условиях:

1) размеры частиц данного вещества должны быть доведены до коллоидных размеров (10⁻⁵–10⁻⁷см.), что можно осуществить двумя методами: а) раздроблением частиц вещества до размеров коллоидной степени дисперсности (дисперсионные методы); б) укрупнением молекул, атомов, ионов до частиц коллоидного размера (конденсационные методы);

2) присутствие стабилизатора, например, ионов электролитов, которые на поверхности коллоидных частиц образуют ионногидратную оболочку и создают заряд, препятствующий слипанию частиц при их взаимном столкновении в растворе;

3) коллоидные частицы (дисперсная фаза) должны обладать плохой растворимостью в дисперсионной среде, хотя бы в момент их получения.

При соблюдении названных условий коллоидные частицы приобретают электрический заряд и гидратную оболочку, что препятствует выпадению их в осадок.

Дисперсионные методы получения коллоидных систем основаны на измельчении относительно крупных частиц вещества дисперсной фазы до коллоидных размеров путем механического, электрического, химического, ультразвукового диспергирования. К химическим методам диспергирования относится и т.н. метод самопроизвольного диспергирования. Например, путем растворения в воде можно получить коллоидные растворы крахмала, желатина, агар-агара и др. Самопроизвольное диспергирование совершается без внешних механических воздействий. Этот метод широко применяется для получения растворов высокомолекулярных веществ из твердых полимеров.

Конденсационные методы основаны на переходе молекулярных или ионных растворов в коллоидные растворы за счет укрупнения частиц вещества дисперсной фазы. К конденсационным методам относятся метод замены растворителя, химические методы получения коллоидных растворов с помощью реакций окисления, восстановления, обменного разложения, гидролиза и др., а также метод пептизации. В результате всех химических реакций молекулярные или ионные растворы переходят в коллоидные путем перевода растворенных веществ в нерастворимое состояние. В основе методов конденсации, помимо химических процессов, могут лежать и процессы физические, главным образом явление конденсации паров. При химических методах получения дисперсных систем в качестве стабилизатора выступает одно из исходных веществ, которое берется в избытке.

Метод окисления. Он основан на реакциях окисления, в результате которых одно из веществ может быть получено в коллоидном состоянии. Например, при окислении сероводорода кислородом воздуха или двуокисью серы можно получить золь серы:

2H₂S + O₂ → 2H₂O + 2S

2H₂S + SO₂ → 2H₂O + 3S

Метод восстановления. В качестве примера приведем реакцию получения золя золота путем восстановления его соли перекисью водорода или формалином:

2HAuCI₄ + 3H₂O₂ → 2Au + 8HCI + 3O₂

2HAuCI₄ + 3HCHO + 11KOH → 2Au + 3HCOOK + 8KCI + 8H₂O

Реакцией восстановления были получены в коллоидном состоянии многие металлы, например, Au, Ag, Pt, Pd, Os, Hg и др.

Метод обменного разложения. В качестве примера можно назвать реакцию получения золя сульфата бария:

BaCI₂ + K₂SO₄ → BaSO₄ + 2KCI

или хлорида серебра

AgNO₃ + KCI → AgCI + KNO₃.

Метод гидролиза. Труднорастворимый гидроксид Fe(III) образуется при гидролизе хлорида железа (III):

FeCI₃ + 3HOH → Fe(OH)₃ + 3HCI,

Fe(OH)₃ + HCI → FeOCI + 2H₂O

Образующаяся в результате этих реакций хлорокись железа диссоциирует частично на ионы:

FeOCI ↔ FeO⁺ + CI⁻

Эти ионы обеспечивают ионогенный слой вокруг частиц Fe(OH)₃, благодаря чему они удерживаются во взвешенном состоянии.

Метод пептизации. Пептизацией называют переход в коллоидный раствор осадков, образовавшихся при коагуляции. Может происходить при промывке осадков под влиянием пептизаторов, в качестве которых используются электролиты. Здесь не происходит изменение степени дисперсности частиц осадка, а только их разъединение.

Поэтому метод пептизации, в начальных стадиях – конденсационный, а в конечных – дисперсионный, занимает промежуточное положение между конденсацией и диспергированием. Примером золя, полученного методом пептизации, является синтез золя берлинской лазури.

Дата добавления: 2014-01-07