19. Потенциалолределяющими ионами золя бромида серебра оказались ионы серебра. Напишите схему строения мицеллы этого золя
Строение мицеллы можно изобразить с помощью формулы. Последовательные шаги в составлении формулы мицеллы таковы.
Ядро мицеллы состоит из т частиц AgCl, образующих микрокристалл: m[AgCl].
Потенциалопределяющие ионы адсорбируются на поверхности ядра; предположим, что для нашего примера их число равно п: m[AgCl] • nСl-.
Затем следует слой противоионов. Их общее число так же равно п, однако часть (допустим, х) из них образуют диффузный слой, остальные (п - х) вместе с ядром и потенциалопределяющими ионами составляют гранулу. Часть формулы, относящуюся к грануле мицеллы, заключают в фигурные скобки. Заряд гранулы в данной мицелле равен х~. Таким образом, формула мицеллы золя хлорида серебра в избытке хлорид-анионов такова:
{m[AgCl] • TiCl" • (п - х)К+}х- хК+
Зная строение мицеллы, можно управлять процессом коагуляции. Каким образом можно «заставить» коллоидные частицы коагулировать? Очевидно, необходимо лишить их поверхностного заряда. Этого можно добиться с помощью растворов электролитов. Действительно, если к золю хлорида серебра добавить, например, раствор сульфата алюминия, катионы А13+ нейтрализуют отрицательный заряд гранулы, мицеллы укрупняются и оседают под действием силы тяжести.
20. Дайте общую характеристику явления адсорбции. Почему адсорбция является наиболее эффективным регулятором поверхностных свойств дисперсных систем?
На границе конденсированной (т.е. твердой или жидкой) фазы с газом поверхностное натяжение всегда положительно, поскольку частицы конденсированной фазы взаимодействуют друг с другом сильнее, чем с молекулами газа. Согласно принципу минимума свободной энергии, конденсированная фаза будет стремиться самопроизвольно уменьшить свою поверхностную энергию. Это может быть результатом либо уменьшения площади поверхности фазы (именно поэтому капля жидкости в невесомости принимает форму сферы), либо уменьшения поверхностного натяжения при появлении на поверхности раздела фаз новых частиц – молекул газа либо растворенного вещества. Процесс самопроизвольного изменения концентрации какого-либо вещества у поверхности раздела двух фаз называется адсорбцией. Адсорбентом называется вещество, на поверхности которого происходит изменение концентрации другого вещества – адсорбата.
Адсорбирующееся вещество является адсорбатом, адсорбирующее вещество - адсорбентом. В приведенном примере пары ртути и соединений мышьяка будут адсорбатом, а волосы - адсорбентом.
В зависимости от агрегатного состояния адсорбата и адсорбента различают адсорбцию на границах твердого тела и газа Т-Г (адсорбция паров на волосах этому соответствует), жидкости и газа Ж-Г (растворенных в воде веществ на границе с газовой средой), твердого тела и жидкости Т-Ж (красящих веществ на бентоните и красителях на ткани).
Адсорбционный процесс идет самопроизвольно и вызван избытком поверхностной энергии (обратите внимание на конспекты лекций и запишите определение в тетрадь). Формула для расчета свободной поверхностной энергии определяется: E=σS, где Е - свободная поверхностная энергия, σ- поверхностное натяжение, S- площадь поверхностного натяжения.
Схема 1. Адсорбция – Десорбция.
Итак, адсорбция происходит самопроизвольно и идет до тех пор, пока не наступит равновесие между прямым и обратным процессами. Адсорбция→← десорбция (обратный процесс адсорбции). Процесс адсорбции обратим. Частицы в адсорбционных слоях не закреплены жестко, они совершают колебательные движения, то приближаясь к поверхности адсорбента, то удаляясь от нее. Некоторые их них могут выходить за пределы действия сил притяжения адсорбента. В таком случае наблюдается обратный процесс - десорбция, т.е. отрыв молекул или ионов адсорбированных веществ от поверхности адсорбента и уход их в окружающее пространство. Адсорбция - очень распространенное явление, широко используется в технике, быту и повседневной жизни, очистка и осушка, разделения газов, очистка растительных масел от красящих веществ, очистка и осветление воды, адсорбция обеспечивает закрепление молекул красителя на тканях. В зависимости от природы адсорбционных сил различают физическую и химическую адсорбцию (хемосорбция).
Практическое значение адсорбции
При помощи различных твердых адсорбентов производится улавливанье ценных паров и газов, осветление растворов в производстве сахара, глюкозы, многих фармацевтических препаратов, нефтепродуктов.
Адсорбцией извлекают малые количества веществ, растворенных в больших объемах жидкости. Этим способом пользуются, например, в технологии получения редких элементов.
Важную роль адсорбционные процессы играют в гетерогенном катализе, при крашении волокон, при обогащении полезных ископаемых (флотация).
Ионообменная адсорбция нашла широкие применения в пищевой промышленности. Так, например, в производстве вина с помощью ионитов из него удаляют излишнее количество ионов Fe3+,Cu2+,Ca2+, которые вызывают помутнение вин. Таким же методом изменяют солевой состав молока. Коровье молоко характеризуется повышенным содержанием солей, поэтому отличаются от женского характером створаживания, зависящим от соотношения казеина и солей кальция. Удаляя с помощью ионитов определенное количество солей кальция из коровьего молока, можно так изменить соотношение кальция и казеина, что коровье молоко можно будет применять для питания детей раннего возраста. Полученное таким способом молоко называется ионитным. Иониты применяются для очистки воды и пивоваренном производстве и могут найти применение для умягчения воды в общественном питании.
Адсорбция широко используется в кулинарной практике, в частности, для осветления мясных и рыбных бульонов. Процесс осветления бульонов основан на том, что белки икры и яиц (при осветлении рыбных бульонов) или специальной «оттяжки» (при осветлении обычных мясных или мясо - костных бульонов) при нагревании свертываются, образуя пористую массу, которая адсорбирует на своей поверхности взвешенные частицы, придающие бульону мутность. Яичным белком осветляют также мутные фруктово-ягодные сиропы для приготовления желе.