Оптические свойства коллоидных систем.

Данные свойства существенно отличаются от свойств истинных растворов и являются характерным признаком коллоидных растворов. Лучи света, попадая на поверхность частицы с размером больше длины световой волны, отряженного от неё. Это наблюдается в суспензиях и эмульсиях. Размеры коллоидных частиц составляют примерно половину длины волны падающего света, поэтому для коллоидных систем наблюдается явление светорассеяния. Это явление было обнаружено учеными Фарадеем (в 1857г.) и Тиндалем (в 1864г.). Они наблюдали образование светящегося конуса при боковом освещении коллоидного раствора. Данный конус носит название эффекта Тиндаля-Фарадея или конуса Тиндаля. Растворы белков, желатина и др. ВМС опалисцируют очень слабо, т.к. из-за очень больших размеров макромолекул и происходит отражение световой волны. В истинных растворах эффект Тиндаля вообще не наблюдается, т.к. размеры частиц намного меньше длины световой волны. Установлено, что интенсивность светорассеяния является функцией интенсивности падающего светя (Iо), длины волны (λ), объема частиц (V), концентрации частиц (с). Эти параметры связаны уравнением Релея,

I=I₀K((CV2)/λ4), где:

I - интенсивность светорассеяния;

I₀ - интенсивность падающего света,

λ-длина волны;

V - объем частиц;

с - концентрация частиц (с).

Из уравнения Релея следует, что интенсивность падающего света обратно пропорциональна длине волны. Это означает, что при прохождении пучка белого спектра преимущественно делятся наиболее короткие волны синей и фиолетовой частей спектра. Для коллоидных систем с неокрашенным веществом дисперсной фазы при боковом освещении характерна голубоватая окраска. Голубой цвет неба так же обусловлен рассеянием света мельчайшими капельками воды и флуктуациями плотности атмосферы. При рассмотрении таких систем в проходящем свете можно наблюдать оранжево-красные оттенки, связанные с частичной потерей в результате рассеяния фиолетовой части спектра, поэтому при расположении свыше линии горизонта небесные светила имеют красноватый свет. Зависимость интенсивности светорассеяния от длинны волны имеет практическое значение в сигналах и радиолокации. Красный свет был выбран сигналом опасности, т.к. виден на большие расстояния, вследствие малого рассеяния. Еще меньше имеют рассеяние инфракрасные звуковые волны, используемые в локации. Синий цвет очень сильно рассеиваются, поэтому лампы синего цвета применяют в целях маскировки. Размеры коллоидных частиц меньше длины волны видимого света, поэтому коллоидные частицы не видимы в обычном оптическом микроскопе. Для того чтобы заметить свет, рассеянный каждой коллоидной частицей, следует рассмотреть коллоидный раствор под микроскопом на темном фоне при сильном боковом освещении. При этом коллоидные частицы будут в виде светящихся точек. Прибор, позволяющий видеть и наблюдать это, называется ультрамикроскопом. Ультрамикроскопия позволяет определить число коллоидных частиц и их размеры до 3-х нм. Так же видеть и изучать структуры макромолекул позволяет электронный микроскоп. Основное их отличие заключается в применении потока электронов вместо лучей света, а также магнитных или электрических линз вместо стекол. Электронный микроскоп дает увеличение коллоидных частиц в сотни тысяч раз, так же позволяет фотографировать вирусы, структурные элементы клеток, макромолекулы.

Электрокинетические явления.

Электрокинетические явления отражают связь, существующую межу движением фаз дисперсных систем относительно друг друга и электрическими свойствами границы раздела этих фаз. Электрокинетические явления были открыты профессором Московского университета Рейсом в 1808 г. Он провел следующие опыты:

1. В первом опыте пропускал постоянный ток через U-образную трубку, заполненную кварцевым песком. При этом он наблюдал, что в колене с отрицательным электродом (К) вода поднималась, а в колене с положительным электродом (А) вода опускалась. Это свидетельствовало о движении жидкости под действием электрического поля.

2. Во втором опыте он пропустил постоянный ток через прибор, состоящий из двух наполненных водой стеклянных трубок, погруженных в мокрую глину. При этом он обнаружил, что частички глины, отрываясь от поверхности, двигались к положительному полюсу (А) и, следовательно, имели отрицательный заряд. Перемещение твердой дисперсной фазы под действием электрического поля называется электрофорезом. Перемещение жидкой дисперсионной среды под действием электрического поля называется электрофорезом. Явление электрофореза и электроосмоса позволяют определить знак и величину заряда дисперсионных частиц. Метод электрофореза широко используется для разделения аминокислот, антибиотиков, ферментов и других объектов, а так же для выделения и исследования отдельных фракций белков плазмы крови. Также применяется для диагностики многих заболеваний. Явление электроосмоса используют в медицине для снятия оттеков, а в технике - для осушки болотистых участков местности, осушки торфа.

Двойной электрический спой коллоидных систем.

Для объяснения строения коллоидные частиц используется теория двойного электрического слоя, которая является основой современной мицеллярной теории коллоидных растворов. Строение и свойства ДЭС зависят от природы дисперсной фазы и дисперсионной среды, от температуры, от способов его образования, от его плотности. Способы образования ДЭС:

1. ДЭС образуется в результате адсорбции коллоидными частицами ионов, находящихся в дисперсионной среде - стабилизаторе за счет достройки кристаллической решетки частиц дисперсной фазы в соответствии с правилом Панета-Фаянса. Пр.: если к разбавленному раствору КI прибавляют по капле раствор АgNО₃, то протекает следующая реакция:

АgNО₃+KI=АgI↓+КNО₃

с образованием твердого АgI и KNO₃, т.е. образуется золь АgI в растворе стабилизаторa KI ,который диссоциируют на К⁺ и I-: К⁺+I^-

На поверхности твердой фазы АgI из раствора избирательно адсорбируются ноны I^-, входящие в состав кристаллической решетки АgI и сообщают поверхности отрицательный заряд. На расстоянии ионного радиуса и больше от поверхности располагаются противоионы, т.е. положительно заряженные ионы К⁺. В результате образуется ДЭС.

2. ДЭС может образоваться за счет избирательной адсорбции без достройки кристаллической решетки. Пр: парафин, диспергирован (измельчен) в растворе NаОН. Частицы парафина избирательно адсорбируют OH^-, заряжаясь отрицательно, а на поверхности удерживаются Nа⁺.

3. ДЭС может образовываться за счет ионизации поверхности коллоидных частиц. Пр.: если коллоидный раствор состоит из частиц SiO₂, то на поверхности идет следующая реакция:

SiO₂+H₂O=H₂SiO₃

H₂SiO₃↔2H⁺+SiO₃^2-

На поверхности частиц твердой фазы SiO₂ из раствора адсорбируются близкие по строению ионы SiO₃^2-, которые заряжают поверхность отрицательно, а на расстоянии ионного радиуса и больше адсорбируются ноны Н⁺. На границе соприкосновения возникает ДЭС .

Установлено, что ДЭС состоит из двух частей:

внутренний - адсорбционный слой.

внешний - диффузный слой.

Адсорбционный слой ДЭС составляют:

потенциалопределяющие ионы, прочно связанные с твердой поверхностью дисперсной фазы;

плотная часть противоионов, притягивающихся за счет электростатического притяжения и располагающихся обычно на расстоянии ионного радиуса от потенциалопределяющих ионов. Количество противоионов, недостающее для компенсации зарядов потенциалопределяющих ионов располагаются во внешней диффузной части ДЭС, образуя диффузный слой.