Раздел 4 Поверхностные явления, Коллоидные системы

Тема 10 Дисперсные системы

Краткий конспект


Ключові терміни:

Диспергационные методы, Дисперсная система, Коагуляция , Конденсационные методы, Лиотропные ряды, Порог коагуляции , Рассеяние света, Теория устойчивости дисперсной системы (ДЛФО), агрегатная устойчивость, аддитивность, антагонизм, гранулой, двойного электрического слоя (ДЭС), дисперсионная среда, дисперсная фаза, золи, индифферентного электролита, кинетическая (седиментационная) устойчивость, мицелла, пена, пептизация, поглощение света, потенциалопределяющие, правило Шульца – Гарди, противоионы, синергизм, суспензия, уравнение Рэлея, электрокинетический ξ - потенциалом (дзета - потенциал, электролита-стабилизатора, эмульсия, ядро

Дисперсная система – это смесь, состоящая из дисперсной фазы и дисперсионной среды.Дисперсная фаза – это совокупность частиц диспергированного до мелких размеров вещества, равномерно распределенных в объеме другого вещества. Признаками дисперсной фазы является раздробленность и прерывистость.Дисперсионная среда – это вещество, в котором равномерно распределены частицы дисперсной фазы. Признаком дисперсионной среды является ее непрерывность

Дисперсные системы классифицируют по разным отличительным признакам: дисперсности, агрегатному состоянию дисперсной фазы и дисперсионной среды, интенсивности взаимодействия между ними, отсутствию или образованию структур в дисперсных системах. К грубодисперсным системам относятся суспензии, эмульсии, пыль, пена, аэрозоли. Суспензия – это дисперсная система, в которой дисперсной фазой является твердое вещество, а дисперсионной средой – жидкость.Эмульсия – это дисперсная система, в которой жидкая дисперсная фаза равномерно распределена в объеме жидкой дисперсионной среды, т.е. эмульсия состоит из двух взаимно нерастворимых жидкостей.Пена – ячеистая грубодисперсная система, в которой дисперсной фазой является совокупность пузырьков газа (или пара), а дисперсионной средой – жидкость. Коллоидные растворы, которые характеризуются предельно-высокодисперсным состоянием, называют золи, или часто лиозоли, чтобы подчеркнуть, что дисперсионной средой является жидкость. Если в качестве дисперсионной средой взята вода, то такие золи называютгидрозолями, а если органическая жидкость — органозолями.

Коллоидные растворы могут быть получены диспергационными или конденсационными методами. Диспергационные методы — это способы получения лиофобных золей путем дробления крупных кусков до агрегатов коллоидных размеров. Конденсационные методы - это способы получения коллоидных растворов путем объединения (конденсации) молекул и ионов в агрегаты коллоидных размеров. Конденсационные методы классифицируют по природе сил, вызывающих конденсацию, на физическую конденсацию и химическую конденсацию. Полученные, тем или иным способом коллоидные растворы, обычно очищают от низкомолекулярных примесей. Удаление этих примесей осуществляется методами диализа, (электродиализа), ультрафильтрации.

При падении света на дисперсную систему могут наблюдаться следующие явления: прохождение света через систему; преломление света частицами дисперсной фазы; отражение света частицами дисперсной фазы; рассеяние света; поглощение света дисперсной фазой. Теорию светорассеяния создал Рэлей. Рассеяние света наблюдается для систем, в которых частицы дисперсной фазы меньше, или соизмеримы с длиной волны падающего света. Рэлей вывел уравнение Рэлея, которое связывает интенсивность рассеянного света I с интенсивностью падающего света I0.

Многие коллоидные растворы имеют определенную окраску, т.е. для них характерно явление поглощение света в соответствующей области спектра. При этом золь всегда окрашен в цвет, дополнительный к поглощенному. Оптические свойства коллоидных растворов, способных к поглощению света, можно характеризовать по изменению интенсивности света при прохождении через систему. Для этого используют закон Бугера-Ламберта-Бера.

В соответствии с мицелярной теорией строения коллоидных систем, схема строения мицеллы гидрозоля AgI при избытке KI, представляется так:  ядро [ mAgI ], является зародышем новой фазы, на поверхности которого происходит адсорбция ионов электролита, находящихся в дисперсионной среде. Ионы, которые адсорбируются непосредственно на ядре, называются потенциалопределяющие ионы, так как они определяют величину потенциала и знак заряда поверхности, а также и знак заряда всей частицы. Потенциалопределяющими ионами в данной системе являются ионы I-, которые находятся в избытке, входят в состав кристаллической решетки ядра AgI. Агрегат с адсорбированными на нем ионами I- образует ядро мицеллы. К отрицательно заряженной поверхности частиц AgI на расстоянии, близком к радиусу гидратированного иона, из раствора притягиваются ионы противоположного знака (противоионы) - положительно заряженные ионы К+. Слой противоионов - внешняя оболочка двойного электрического слоя (ДЭС), удерживается как электростатическими силами, так и силами адсорбционного притяжения. Агрегат вместе с двойным слоем называется коллоидной частицей - гранулой. Часть противоионов размещается диффузно вокруг гранулы, и связаны с ней только электростатическими силами. Коллоидная частица вместе с окружающим ее диффузным слоем называется мицелла. Мицелла электронейтральна. Одним из основных положений теории строения коллоидных частиц, является представление о строении двойного электрического слоя (ДЭС). Согласно современным представлениям, двойной электрический слой ДЭС состоит из адсорбционного и диффузионного слоев. При движении твердой и жидкой фаз друг относительно друга возникает разрыв ДЭС в диффузной части и на границе раздела фаз возникает скачок потенциала, который называют электрокинетический ξ - потенциалом (дзета - потенциал). Величина электрокинетического потенциала определяет силы отталкивания, а следовательно и агрегатную устойчивость коллоидного раствора. Достаточная устойчивость коллоидного раствора обеспечивается при величине электрокинетического потенциала ξ = 0,07В, при значениях меньших ξ = 0,03В силы отталкивания слишком слабые, чтобы противостоять агрегации, а потому происходит коагуляция, которая неизбежно заканчивается седиментацией. Среди факторов, которые влияют на ξ – потенциал, рассматривают наличие в растворе индифферентного электролита - электролита, который не содержит потенциалопределяющий ион, а также электролита-стабилизатора, электролита - содержащего потенциалопределяемый ион. В первом случае происходит сжатие диффузионного слоя, падение ξ и как следствие – коагуляция. При этом степень падения будет зависеть от природы иона - заместителя, его валентности, степени гидратованости. Лиотропные ряды катионов и анионов – ряды, в которых ионы располагаются по увеличении их способности сжимать диффузный слой и вызвать падение ξ - потенциала.. Во втором случае присутствие потенциалопределяемого иона вызывает увеличение ξ - потенциала, а, значить, способствует устойчивости коллоидной системы. Теория устойчивости дисперсной системы (ДЛФО) основывается на балансе сил притяжения и отталкивания, возникающих между частицами при их сближении в результате броуновского движения. Различают кинетическую и агрегатную устойчивость коллоидных систем. Кинетическая (седиментационная) устойчивость - способность дисперсных частиц находиться во взвешенном состоянии и не оседать. Агрегатная устойчивость - способность частиц дисперсной фазы сохранять определенную степень дисперсности неизменной. Потеря стойкости коллоидной системы приводит к коагуляции. Коагуляция - процесс слипания коллоидных частиц. Порог коагуляции (Ск) - это минимальная концентрация электролита необходимая для начала коагуляции золя. Характеризует коагулирующее действие ионов правило Шульца – Гарди:

 В смеси электролитов действие может суммироваться с коагулирующем действием каждого электролита. Это явление называетсяаддитивность ионов (NaCl , KCl ). Если коагулирующее действие ионов электролита уменьшается при введении ионов другого электролита наблюдается антагонизм ионов ( LiCl , MgCl2 ). В случае, когда коагулирующее действие ионов электролита увеличивается при введении ионов другого электролита такое явление называется синергизм ионовЯвление обратное коагуляции называется пептизация.


© 2015 СумГУ
created with Lectur'EDbeta