6.4. Коагуляция коллоидных дисперсных систем
Коагуляция наступает вследствие нарушения агрегативной устойчивости, при этом частицы дисперсной фазы объединяются, укрупняются, нарушается седиментационная устойчивость и происходит разделение фаз.
Коагуляция происходит при старении коллоидных систем, при изменении температуры, механических воздействиях, действии света, ультразвука или проникающего излучения, а также под действием электролитов.
6.4.1. Механизм электролитной коагуляции
а) Нейтрализационная коагуляция — вызывают электролиты с многозарядными ионами, обладающие большой адсорбционной способностью или неиндифферентные электролиты; ионы электролитов за счет избирательной адсорбции нейтрализуют -потенциал двойного электрического слоя, а, следовательно, и ζ-потенциал; требуются малые количества электролитов.
Схема нейтрализационной коагуляции
Золь отрицательный, электролит FeCl3, ион-коагулянт Fe3+; механизм: адсорбция Fe3+, снижение - и ζ-потенциалов.
б) Концентрационная коагуляция — вызывают индифферентные одно-однозарядные электролиты; при достаточно высокой концентрации электролита-коагулянта происходит сжатие диффузного слоя до адсорбционного и снижение ζ-потенциала.
Схема концентрационной коагуляции
Золь положительный, электролит KNO3, ион-коагулянт NO3-, механизм: сжатие диффузного слоя при увеличении концентрации электролита, снижение ζ-потенциала.
График, характеризующий изменение энергетического барьера взаимодействия частиц при введении в коллоидную систему увеличивающихся количеств электролита-коагулянта:
1 — агрегативно устойчивая система;
2 — частично астабилизованная система;
3 — система коагулирует.
Правило Шульце – Гарди: коагуляцию вызывают только те ионы, которые несут заряд противоположный заряду гранулы; коагулирующая способность ионов-коагулянтов тем сильнее, чем выше их заряд (приблизительно пропорциональна шестой степени заряда).
Коагулирующая способность ионов с одинаковым зарядом неодинакова и возрастает с увеличением радиуса ионов, т. е. с ростом адсорбционной способности.
Cs+ > Rb+ > K+ > Na+ > Li+
Лиотропный ряд однозарядных катионов
CNS– > I– > NO3– > Br– > Cl–
Лиотропный ряд однозарядных анионов
Процесс коагуляции зависит также от:
– формы частиц — системы с анизодиаметрическими частицами коагулируют быстрее, чем со сферическими;
– полидисперсности — полидисперсные коагулируют быстрее, чем монодисперсные;
– концентрации частиц дисперсной фазы — чем выше концентрация, тем быстрее идет коагуляция;
– температуры — при повышении температуры коагуляция усиливается:
– концентрации электролита-коагулянта — увеличение концентрации усиливает коагуляцию.
6.4.2. Скорость коагуляции
Изменение со временем концентраций частиц разных порядков в коагулирующей системе.
Каждый элементарный акт коагуляции — объединение двух частиц одинаковых или разных порядков –– можно рассматривать как бимолекулярную реакцию. В таком случае скорость коагуляции прямо пропорциональна квадрату концентрации частиц (уравнение Смолуховского):
