4.3.1. Коагуляция золей электролитами

Все сильные электролиты, добавленные к золю в достаточном количестве, вызывают его коагуляцию. При коагуляции золя электролитами различают концентрационную и нейтрализационную коагуляцию.

Концентрационная коагуляция

Концентрационная коагуляция происходит под действием индифферентных электролитов, при этом потеря устойчивости вызывается сжатием диффузионной части ДЭС и снижением потенциала за счет подавления диффузии и перемещения ионов из диффузионного в адсорбционный слой, при неизменном потенциале ядра.

Например, концентрационную коагуляцию положительного золя хлорида серебра будет вызывать индифферентный электролит KNO₃.

П ри система устойчива: силы электростатического отталкивания преобладают над силами притяжения (рис. 49). Зависимость скорости коагуляции от концентрации электролита представлена на рис. 50. Как видно, на участке I коагуляции не наблюдается и скорость ее равна нулю (зона устойчивости).

П ри снижении потенциала до критического значения происходит ослабление сил электростатического отталкивания. В результате частицы подходят друг к другу на более близкое расстояние и за счет сил межмолекулярного притяжения слипаются. Начинается медленная коагуляция (участок II). Скорость медленной коагуляции зависит от концентрации электролита. Чем выше концентрация электролита, тем меньше потенциал и больше скорость коагуляции.

При достижении изоэлектрической точки ( ) скорость коагуляции перестает зависеть от концентрации электролита (участок III). Начинается быстрая коагуляция. Минимальную концентрацию электролита, при которой начинается быстрая (видимая) коагуляция ( ), называют порогом коагуляции .

Величину, обратную порогу коагуляции называют коагулирующей способностью. Коагулирующая способность – это объем золя, который коагулирует под действием 1 моль электролита:

. (55)

Чем меньше порог коагуляции, тем выше коагулирующая способность электролита.

Коагулирующим действием обладает не весь электролит, а только тот ион, заряд которого совпадает по знаку с зарядом противоиона мицеллы гидрофобного золя. Этот ион называют ионом-коагулятором.

Концентрационная коагуляция электролитами подчиняется нескольким эмпирическим правилам.

1. Коагулирующая способность иона-коагулятора тем больше, чем больше его заряд (первое правило Шульце-Гарди):

, (56)

где – постоянная для данной системы величина: при , .

2. При одинаковом заряде коагулирующая способность иона тем выше, чем больше его кристаллический радиус (второе правило Шульце-Гарди). В соответствии с этим правилом коагулирующая способность иона определяется его положением в лиотропном ряду (см. п. «Ионная адсорбция»).

Нейтрализационная коагуляция

Н ейтрализационная коагуляция происходит при добавлении к золю неиндифферентного электролита. При этом потенциалопределяющие ионы связываются в малорастворимое соединение, что приводит к уменьшению по абсолютной величине термодинамического , а, следовательно, и электрокинетического потенциалов (рис. 51).

Рассмотрим в качестве примера положительный золь гидроксида железа:

.

При введении в золь неиндифферентного электролита происходит нейтрализация потенциалопределяющих ионов неиндифферентными ионами , в результате чего образуется малорастворимое соединение . В результате снижается потенциал и потенциал, что приводит к ослаблению сил электростатического отталкивания. При снижении потенциала до 30 мВ частицы слипаются и происходит коагуляция дисперсной системы.

Разновидность нейтрализационной коагуляции – взаимная коагуляция, которая возникает при смешении подобных золей с противоположными знаками зарядов.

Например, при смешивании положительно и отрицательно заряженных золей иодида серебра:

,

ионы и не образуют малорастворимое соединение, следовательно, остаются в сплошной среде в виде ионов. Ионы и дают малорастворимое соединение, что приводит к нейтрализации зарядов ядер золей. Потенциал ядра и потенциал обоих золей снижаются, происходит коагуляция.

Лекция 14