Види коагуляції: окреме коагулювання, електролітична коагуляція, коагулювання під струмом

Коагуляція– злипання частинок колоїдів при їхньому зіткненні в процесі теплового (броунівського) руху, перемішування або напрямленого переміщення в зовнішньому силовому полі. У агрегатах (флокулах) первинні частинки пов'язані молекулярними силами безпосередньо або через прошарок навколишнього (дисперсійного) середовища. К. зумовлена агрегативною нестійкістю системи і її тенденцією до зменшення вільної енергії.

Процес, зворотний К., - розпад агрегатів на первинні частинки, або перехід гелю в золь, наз. пептизацією. К. використовують, напр., при флотац. збагаченні руд, очищенні води від природних і побутових забруднень, виділенні цінних пром. продуктів з відходів виробництва, зміцненні водонасичених ґрунтів.

К. відіграє важливу роль при кольматації проникних порід під час буріння нафт. і газових свердловин з використанням бурових розчинів. Процеси К. і гелеутворення, а також повторні фіз. і хім. перетворення в коагелях (конденсація, рекристалізація, йонний обмін і інш.) мають вирішальне значення у формуванні різноманітних осадових гірських порід (глинистих, карбонатних, крем'янистих і інш.).

К. супроводжується випаданням осаду, гелевипаданням чи гелеутворенням по всьому об’єму системи. К. може відбуватися як без зовнішнього впливу на систему, так і при зовнішній дії (підвищенні температури, механічних та ін. впливах, при введенні коагулянтів). Застосовують для очищення води, повітря, прискорення осадження колоїдних частинок тощо.

Коагуляція — завершений процес. Близький термін - коагулювання - власне протікання процесу.

Електролітична коагуляція.

К. викликають будь-які електроліти при досягненні певної їх концентрації у розчині. Мінімальна концентрація електроліту, при перевищенні якої спостерігається К., називається порогом К. (γ), який виражають у ммоль/л або у моль/л.

Величину, зворотну порогу коагуляції, називають коагулюючою здатністю Vк (об’єм золю, скоагульованого 1 моль електроліту). Порогу К. відповідає зниження ξ-потенціалу до критичної величини ~30 мВ.

Коагулюючу дію має лише той іон електроліту, заряд якого протилежний заряду колоїдної частинки. Коагулююча здатність іона тим більша, чим більший його заряд (правило Шульце — Гарді, або правило значності). Дані теоретичних розрахунків свідчать, що співвідношення коагулюючої здатності одно-, дво- і тризарядних катіонів становить 1:20:350, тобто, прямо пропорційна залежність між зарядом іона та його коагулюючою здатністю відсутня. Для іонів з однаковим зарядом коагулююча дія визначається їх місцем у ліотропному ряду, де вони розташовуються за зменшенням ступеня гідратації, зі зменшенням якого коагулююча дія збільшується. В органічних іонах коагулююча дія зростає з під­вищенням адсорбційної здатності. Усі ці закономірності порушуються, якщо додані електроліти хімічно взаємодіють з колоїдними частинками, утворюючи з іонами колоїдного розчину нерозчинні сполуки.

При К. сумішами електролітів їх вплив може складатися (адитивність), посилюватися (синергізм) та послаблюватися (антагонізм). При змішуванні золів з протилежно зарядженими частинками відбувається взаємна К. Визначення порога К. утруднюється явищем звикання золів, тобто якщо до золю додавати електроліт невеликими порціями, то К. настає при вищій концентрації електроліту, ніж при одноразовому його додаванні. Спостерігається і протилежне явище, коли поріг К. при поступовому додаванні електроліту нижчий, ніж при швидкому його додаванні (від’ємне звикання). К., зумовлена діалізом або електродіалізом, пов’язана з видаленням іонів, які надавали стабільність колоїдним частинкам. К., яка спостерігається при електрофорезі, зумовлена зміною іонного складу системи.

При додаванні до ліофобних золів високомолекулярних або поверхнево-активних сполук їх стійкість значно підвищується. Це явище називається колоїдним захистом. Механізм захисної дії полягає в утворенні адсорбційного шару з високомолекулярних речовин, який забезпечує сольватацію частинки. Сольватні шари створюють значний розклинювальний тиск і перешкоджають злипанню часток. Захисна дія підсилюється при утворенні в дисперсійному середовищі досить міцної об’ємної структури і кількісно характеризується захисним числом, яке дорівнює числу міліграмів високомолекулярної речовини, що захищає 10 мл золю від коагуляції при додаванні до нього 1 мл 10% розчину NaCl. Залежно від того, який золь приймають за стандарт, розрізняють «золоте», «срібне», «рубінове», «залізне» та ін. захисне число. Якщо кількість доданої до золю високомолекурярної речовини дуже мала, то можливе не підвищення, а зниження стійкості (сенсибілізація).

Колоїдний захист має велике значення в біології та фармації. Білки крові захищають гідрофобні речовини, які в ній містяться, від коагуляції. При послабленні захисної дії білків спостерігається виникнення патологічних станів в організмі, напр., відкладання холестерину на стінках судин, утворення каменів у нирках, печінці та ін. Колоїдний захист використовують при виготовленні ЛП, напр., протарголу і коларголу, які є коло­їдними препаратами срібла, захищеними білками.