
- •Дисперсные системы
- •1. Классификация поверхностных явлений и дисперсных систем
- •1.1. Классификация поверхностных явлений
- •1.2. Классификация дисперсных систем
- •2. Термодинамика
- •2.1. Поверхностная энергия (поверхностное натяжение)
- •2.2. Влияние температуры на поверхностное натяжение
- •3. Адсорбция и поверхностная активность
- •3.1. Основные понятия
- •Расстояние от поверхности
- •3.2. Термодинамика адсорбционных процессов
- •3.3. Уравнения изотерм адсорбции
- •Давление адсорбата
- •Размеры пор и удельная поверхность адсорбентов зависят от технологии их изготовления и различны для разных марок адсорбентов (табл. 3.2).
- •4. Смачивание поверхности
- •4.1. Смачивание поверхности и растекание жидкостей
- •4.2. Капиллярные явления
- •4.3. Адгезия и когезия
- •5. Поверхностно-активные вещества
- •5.1. Классификация поверхностно-активных веществ
- •5.2. Использование поверхностно-активных веществ
- •5.3. Поверхностно-активные вещества и
- •Изменение объёма пены во времени
- •Вопросы для самопроверки
- •6. Строение двойного
- •6.1. Строение двойного электрического слоя
- •6.2. Электрокинетические явления
- •7. Получение, устойчивость и
- •7.1. Методы получения и стабилизации
- •7.2. Строение мицелл
- •7.3. Кинетическая и агрегативная устойчивость
- •7.4. Оптические свойства дисперсных систем
- •7.5. Области использования дисперсных систем
- •Список рекомендуемой литературы
- •Содержание
- •Поверхностные явления и
- •392000, Тамбов, Советская, 106, к. 14
- •Поверхностные явления
- •Дисперсные системы
7. Получение, устойчивость и
СВОЙСТВА ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ
7.1. Методы получения и стабилизации
дисперсных систем
Все способы получения дисперсных систем можно разделить на две группы: диспергирование и конденсация.
Методы диспергирования чаще всего используют для получения микро- и макродисперсных систем. Диспергирование проводят в коллоидных мельницах и дезинтеграторах.
Ультрамикродисперсные системы получают за счёт объединения атомов или молекул в агрегаты с образованием микро- и субмикрокристаллов или аморфных частиц.
Лиофильные эмульсии образуются самопроизвольно и термодинамически устойчивы. Они возникают вблизи критической температуры смешения двух жидких фаз.
Лиофобные эмульсии получают при механическом, акустическом или электрическом эмульгировании, а также при конденсационном образовании капель дисперсной фазы в пересыщенных растворах или расплавах. Они термодинамически неустойчивы и могут длительно существовать только в присутствии эмульгаторов — веществ, облегчающих диспергирование и препятствующих коалесценции вследствие образования адсорбционно-сольватных слоёв на поверхности капель или пузырьков.
Коалесценция происходит, например, при обезвоживании нефти, при проведении синтезов органических веществ в эмульсиях, при изготовлении латексных изделий, при нанесении лако-красочных покрытий аэрозольным методом.
Наиболее эффективные эмульгаторы — это мицеллообразующие ПАВ, растворимые высокомолекулярные вещества и некоторые высокодисперсные твёрдые тела.
Дуговой метод получения дисперсных систем заключается в возбуждении в воде электрического разряда между двумя проволоками из серебра, золота или железа. Пары металла, образовавшиеся в зоне электрической дуги, конденсируются в микро- или субмикрокристаллы, которые сорбируют на своей поверхности ионы гидроксида. Возникшие частицы приобретают отрицательный заряд, и коллоидный раствор стабилизируется.
Метод подбора растворителя состоит в выборе растворителя, который даёт с диспергированным веществом истинный раствор и сам растворяется в дисперсионной среде. Так получают коллоидные растворы высокомолекулярных веществ в воде.
Метод образования труднорастворимых веществ основан на получении дисперсной фазы в дисперсионной среде за счёт химических реакций (гидролиза, окисления, восстановления, обмена). Этим методом получают высокодисперсные однородные по степени дисперсности системы. Гидролизом можно получить коллоидный раствор гидроксида железа.
Окислительно-восстановительные реакции наблюдаются при получении коллоидного раствора золота: раствор H[AuCl4] восстанавливают формалином:
2H[AuCl4] + 3СН2О + 3Н2О 2Au + 8HCl + 3HCOOH.
Субмикрокристаллы золота адсорбируют ионы ОН– из раствора и образуют коллоидный раствор красного цвета.
Обменная реакция неполного осаждения используется для получения коллоидных растворов сульфидов: через очень разбавленный раствор As2O3 медленно пропускают пузырьки H2S, при этом возникают частицы As2S3 . Частицы As2S3 адсорбируют ионы HS– и S2– из раствора и окрашивают его в жёлтый цвет.
Приготовление коллоидного раствора требует повышенной чистоты — малейшие загрязнения могут его разрушить. Для увеличения устойчивости коллоидного раствора применяют методы диализа и электродиализа (схему установки см. на рис. 7.1).
Рис. 7.1. Схема электродиализной установки:
1, 5 — электроды; 2, 4 — анодная и катодная камеры; 3 — камера обессоливания; 6 — источник постоянного тока; 7, 8 — ионообменные мембраны
Коллоидные системы с уменьшенной концентрацией ионов в растворе сохраняются в течение десятков лет.