Методы получения коллоидных систем

Коллоидный раствор (золь) – это ультрамикрогетерогенная система, в которой дисперсионной средой является жидкость, а дисперсной фазой – твердые частицы размером 10^-7 – 10^-9 м.

Коллоидные растворы можно получить:

путем укрупнения частиц при агрегации молекул или ионов в большие части (конденсационные методы);

путем раздробления или диспергирования больших частиц на более мелкие (дисперсионный методы).

Необходимым условием для получения стойких коллоидных систем является наличие незначительного количества стабилизатора, - вещества, которое препятствует соединению коллоидных частиц в более крупные агрегаты.

Конденсационные методы

Образование атмосферного тумана является одним из примеров образования коллоидных систем конденсацией. Методы конденсации очень распространенные в практике приготовления коллоидных растворов

Методы химической конденсации. Конденсация может происходить как химический процесс, когда при химической реакции образуется новая фаза, нерастворенная в данной среде. Это могут быть реакции восстановления, окисления, обмена и гидролиза.

1. Реакции восстановления. В фармацевтической практике гидрофобные золи благородных металлов (серебра, золота, платины) получают восстановлением соответствующих солей этих металлов. Например, золь металлического серебра можно получить восстановлением разбавленного раствора нитрата серебра формальдегидом (или танином) в щелочной среде.

2. Реакции окисления. Этим методом очень просто получить золь серы путем окисления сероводорода кислородом воздуха или сернистым газом. В растворе образуется голубой коллоидный раствор элементарной серы:

3. Реакции двойного обмена. Этот метод является одним из самых простых и распространенных для получения золей труднорастворимых веществ (сульфидов, галогенидов, гидроксидов и т.д.). Как правило, стабилизатором является избыток одного из реагентов.

Например, при смешивании растворов AgNO₃ и KI, когда первый взят в избытке, как стабилизатор, осадок AgI, который образуется сначала по реакции:

AgNO₃ + KI → AgI↓ + KNO₃

переходит в коллоидное состояние, образовывая мицеллу. Согласно с мицелярной теорией строения коллоидных растворов, золь состоит из структурных частиц дисперсной фазы – міцел и мицелярной жидкости. Мицелла имеет значительно более сложное строение, чем молекула.

В первом приближении в структуре мицелы можно выделить три основные части: ядро, адсорбционный и диффузный слои ионов.

Основу коллоидных частиц золя иодида серебра составляют молекулы малорастворимого AgI, совокупность которых ( m молекул) образует агрегат:

(mAgI) – агрегат.

На поверхности агрегата избирательно адсорбируются те ионы стабилизатора, которые могут достраивать кристаллическую решетку твердой фазы. Эти ионы определяют знак и величину потенциала поверхности и поэтому их называют потенциал определяющими ионами. Если реакция происходит при избытке AgNO₃, то на поверхности агрегата (m AgI) возникает положительно заряженный слой n ионов Ag⁺ (потенциал определяющие ионы). Агрегат с этими ионами называют ядром:

[(mAgI) nAg+]ⁿ⁺ - ядро.

Под действием электростатических сил к поверхности ядра притягиваются ионы стабилизатора противоположного знака (в данном случае, NO₃^-), которые называют противоионами. Часть противоионов ( n-x ) NO₃^-, содержится на достаточно близком расстоянии от него и образует адсорбционный слой противоионов. Ядро вместе с адсорбционным слоем противоионов образует коллоидную частицу – гранулу, знак заряда которой определяется знаком заряда потенциал определяющих ионов:

{[(mAgI) nAg+]ⁿ⁺ (n-x) NO₃^-}^x+ - гранула.

Оставшиеся х-противоионы, которая необходимы для полной компенсации заряда поверхности, слабее связанная с ядром, постепенно диффундирует в направлении раствора и образует диффузный слой. Суммарный заряд всех протовоионов равняется величине заряда поверхности ядра, то есть суммарному заряду потенциал определяющих ионов. Гранула вместе с диффузным слоем образует электронейтральную мицеллу, строение которой в целом удобно представлять в виде формулы. В приведенном примере, когда стабилизатором является AgNO₃, гранула имеет положительный заряд и строение мицеллы имеет такой вид:

{[(mAgI) nAg+]ⁿ⁺ (n-x) NO₃^-}^x+ xNO₃^-

Когда стабилизатором этого золя является KI , то получим золь с отрицательным зарядом гранулы:

{[(mAgI) nI^-]^n- (n-x) K⁺}^x- xK⁺.

Следовательно, изменяя соотношение между количествами реагирующих веществ, можно получить золь с положительным или отрицательным зарядом гранул. Или изображенные на рисунке:

4. Метод гидролиза. Этот метод преимущественно применяют для получения золей гидроксидов тяжелых металлов. Степень гидролиза растет с повышением температуры и с уменьшением концентрации (с увеличением разбавления).