7.2. Строение мицелл

Коллоидный раствор представляет собой высокодисперсную систему, состоящую из отдельных сложных частиц (мицелл) и жидкой дисперсионной среды. Мицеллы неоднородны и имеют сложное строение.

Рассмотрим строение мицелл (рис. 7.2), образующихся при быстром гидролизе хлорида железа.

Для получения коллоидного раствора достаточно внести не­много хлорида железа в кипящую воду. При этом образуется боль­шое число частиц Fe(OH)₃ , ко­торые служат ядром коллоидной частицы [Fe(OH)₃]_m .

Ядро коллоидной частицы сорбирует на своей поверхности ионы железа (III), которые, в свою очередь, притягивают ионы хлора:

{[Fe(OH)₃]_m , n Fe³⁺, 3 (n – x) Cl^–}^3x+ .

Образовавшийся агрегат называют частицей. Частицы притягивают противоионы, образуя при этом мицеллы:

{[Fe(OH)₃]_m , n Fe³⁺, 3 (n – x) Cl^–}^3x+, 3 x Cl^– .

Коллоидный раствор окрашен в коричневый цвет.

Распределение электрических зарядов в коллоидной частице обусловливает наличие двойного электрического слоя, от строения которого зависит величина ‑потенциала. Знак потенциала коллоидной частицы определяют по направлению перемещения слоя коллоидного раствора в электрическом поле. В разбираемом случае ‑потенциал имеет положительный знак.

Слияние двух коллоидных растворов

с различными знаками потенциалов частиц

приводит к мгновенной коагуляции.

7.3. Кинетическая и агрегативная устойчивость

дисперсных систем

Устойчивость дисперсных систем, согласно Н. П. Пескову (1920), подразделяют на два вида: устойчивость к седиментации дисперсной фазы и устойчивость к её агрегации. Большей устойчивостью обладают мицеллы, в состав которых входят молекулы дисперсионной среды. Если молекулы дисперсионной среды не входят в состав мицелл, то такие дисперсные системы имеют меньшую устойчивость.

Изменение потенциала коллоидных частиц приводит к слипанию их. Этот процесс называют коагуляцией. Если коагуляция незначительна, то коллоидный раствор сохраняется.

В случае развития коагуляции раствор мутнеет и частицы дисперсной фазы начинают осаждаться. Процесс осаждения частиц дисперсной фазы называют седиментацией. Скорость седиментации крупных частиц можно рассчитать по закону Стокса:

 = 0,222 r ² g (₁ – ₂) ^–1 ,

где  — скорость осаждения (всплывания) частицы, м/с; r — радиус частицы, м; g — ускорение силы тяжести, м/с² ; ₁, ₂ — плотности частицы и среды, кг/м³ ;  — коэффициент вязкости, кг/(м · с).

К

SO₄^2–

оагуляция и седиментация коллоидных растворов могут быть вызваны длительным нагреванием или изменением концен­трации электролита дисперсионной среды. При увеличении концентрации ионов в коллоидном растворе внешние ионы мицеллы проникают в частицу, снижают её потенциал, и начинается процесс коагуляции. Так, если добавить ионы SO₄^2– в коллоидный раствор гидроксида железа, то произойдёт коагуляция:

{ [Fe(OH)₃]_m , n Fe³⁺, 3 (n – x) Cl^–}^3x+ + 3 x Cl^–

{ [Fe(OH)₃]_m , n Fe³⁺, 3 n Cl^–}⁰ .

Если из раствора удалить ионы, вызвавшие коагуляцию, то в случае обратимых коллоидов можно снова получить золь.

Так, осадив сульфат-ионы ионами бария, можно вновь получить коллоидный раствор гидроксида железа.

Процесс восстановления коллоидного раствора путём осаждения ионов называют пептизацией.