2.6. Электрокинетические явления в коллоидных растворах

Изучение строения коллоидных частиц показало, что на поверхности ядер частиц образуется двойной электрический слой, состоящий из адсорбционного и диффузного слоев.

При движении жидкости относительно твёрдой поверхности на границе адсорбционной и диффузной частей двойного слоя возникает разность потенциалов, называемая электрокинетическим потенциалом или дзета-потенциалом. Он зависит от толщины диффузной части двойного слоя. Чем толще диффузный слой, тем больше потенциал, тем больше силы электростатического отталкивания, тем выше устойчивость коллоидной системы. При переходе ионов диффузного слоя в адсорбционный происходит уменьшение толщины диффузного слоя, понижение потенциала и устойчивости коллоидной системы. При значении потенциала равным нулю наступает изоэлектрическое состояние и коллоидная система становится агрегативно неустойчивой.

Явления относительного движения фаз вдоль поверхности раздела, приводящего к возникновению электрического поля (потенциала), называют электрокинетическими.

Явление перемещения частиц дисперсной фазы в электрическом поле к электроду, знак которого противоположен заряду частиц, называется электрофорезом.

Явление переноса жидкости (дисперсионной среды) через пористые диафрагмы под действием электрического тока называется электроосмосом.

Электрокинетические явления имеют большой практический интерес. Так, с помощью электрофореза можно разделить на фракции такие сложные системы, как белки. Его также применяют для нанесения тонкого слоя частиц коллоидных размеров на поверхность покрываемого предмета, н-р, каучука или красок на металлические поверхности, некоторых оксидов на электроды радиоламп и т.д. На электрофорезе основана работа электрофильтров – дымоулавливателей.

Элекроосмос используют при обезвоживании пористых материалов в комбинации с давлением при фильтровании. Такие фильтры называются электроосмотическими.

2.7. Гели и твердые коллоидные растворы

Дисперсные системы могут быть свободнодисперсными и связнодисперсными в зависимости от отсутствия или наличия взаимодействия между частицами дисперсной фазы. К свободнодисперсным системам относятся аэрозоли, лиозоли (дисперсионная среда – жидкость), разбавленные суспензии и эмульсии. Они текучи. В этих системах частицы дисперсной фазы не имеют контактов, участвуют в беспорядочном тепловом движении, свободно перемещаются под действием силы тяжести.

Связнодисперсные системы – твердообразны; они возникают при контакте частиц дисперсной фазы, приводящей к образованию структуры в виде каркаса или сетки. Такая структура ограничивает текучесть дисперсной системы и придает ей способность сохранять форму. Подобные структурированные коллоидные системы называют гелями.

Гели – это коллоидные системы, образовавшиеся из золей в результате потери ими устойчивости (коагуляции). Лиогель, или просто гель, - это однородная система, в которой частицы связаны друг с другом за счет молекулярных сил и образуют пространственные сетки с пустотами, равномерно распределенному по всему объёму, в которых находится жидкая дисперсионная среда. В отличие от лиогелей различают каогели, в которых выпадающий осадок отделяется от дисперсиооной среды.

Переход золя в гель, происходящий в результате понижения устойчивости золя, называют гелеобразованием (желатинированием). На процесс гелеобразования влияет природа растворенных веществ, концентрация (чем она больше, тем процесс идее быстрее), температура (чем она ниже, тем процесс идет быстрее), время процесса, и примеси других веществ, особенно электролитов. Но важнейшим фактором служит форма молекул дисперсной фазы: так, сильно вытянутая (ленточная) и пленочно-листочковая форма дисперсных частиц повышает вероятность контактов между ними и благоприятствует образованию гелей при малой концентрации дисперсной фазы (н-р, из коллоидного раствора (золя) V₂O₅, имеющего лентовидные частицы, удается приготовить гели, содержащие до 99,9% воды). Однако не все золи могут переходить в гели (н-р, золи благородных металлов (золото, платина, серебро и др.), что объясняется специфическим строением их коллоидных частиц и неспособностью их гидратироваться).

Порошки, концентрированные эмульсии и суспензии (пасты), каучуки, клеи, пены - примеры связнодисперсных систем (гелей). Почва, образовавшаяся в результате контакта и уплотнения дисперсных частиц почвенных минералов и гумусовых (органических) веществ, также представляет собой связнодисперсную систему.

Сплошную массу вещества могут пронизывать поры и капилляры, образующие капиллярнодисперсные системы: древесина, кожа, бумага, картон, ткани, мембраны и диафрагмы.

Гелями (студнями) являются многие пищевые продукты (хлеб, мясо, джем, желе, кисель, сыр, творог, простокваша и др.). Гели играют большую роль в жизни живых организмов, так как большинство их тканей представляет собой гели.