5.2 Коллоидные системы

Коллоидные системы (золи) – это высокодисперсные системы с жидкой дисперсионной средой. в отличие от истинных растворов, образующихся самопроизвольно, для образования коллоидных систем необходима затрата внешней энергии (химической, механической, электрической и др).

Отдельные частицы коллоидных систем называют мицеллами. Мицелла имеет следующее строение. В центре ее находится ядро - это кристаллик или комочек нерастворимого вещества. На поверхности ядра мицеллы располагается слой специфически адсорбированных ионов, которые называются потенциалоопределяющими ионами. К слою потенциалопределяющих ионов электростатическими силами (значительно более слабыми, чем ва­лентные) притягиваются противоположно заряженные ионы, назы­ваемые противоионами. Строение мицеллы того или иного золя выражают схемой и фор­мулой При этом ядро мицеллы записывают в виде формулы коллоидного вещества, взятой в квадратные скобки, буквой m обозначают чис­ло молекул нерастворимого вещества, образующих ядро мицеллы. Че­рез n выражают и число потенциалопределяющих ионов и число про­тивоионов. Через х обозначают число противоионов подвижного слоя, а через (n-х) - число противоионов неподвижного слоя. Гранулу (т.е. ядро с адсорбционным слоем) выделяют фигурными скобками, вверху правой скобки ставят знак заряда гранулы.

Устройство мицеллы рассмотрим на некоторых примерах.

Схема и формула мицеллы золя иодида серебра (+)

Схема

Формула мицеллы золя иодида серебра (+)

{[mAgJ] nAg⁺(n-х)NO₃^-}^-х хNO₃^-

Формула мицеллы золя иодида серебра (-)

{[mAgJ] nJ^-(n-х)К⁺}^-х хК⁺

Наличие одноименного заряда у всех гранул данного коллоидного раствора (золя) является важным фактором его устойчивости. Заряд препятствует слипанию и укрупнению коллоидных частиц.

Коллоидные растворы обладают следующими свойствами:

1) по отношению к дисперсионной среде золи разделяют на лиофильные (устойчивые, характеризуются сильным взаимодействием с дисперсионной средой – пена, образующаяся при взаимодействии мыла с водой) и лиофобные (неустойчивые, взаимодействуют с дисперсионной средой только при добавлении стабилизатора – золь золота взаимодействует с водой только при добавлении желатина).

2) диффузия золей протекает медленно из-за их больших размеров.

3) эффект Тиндаля – явление светорассеивания при пропускании лучей света через коллоидный раствор.

4) при добавлении в золям электролитов происходит уменьшение зарядов гранул, что приводит к слипанию частиц и выпадение их в осадок, т.е. коагуляция.

5) при изменении условий хранения, например, температуры, золь может превратиться в гель – желеобразную массу. Вследствие ячеистой структуры гели проявляют некоторые свойства твердых тел.

Наименьшая концентрация электролита, при которой начинается коагуляция, называется порогом коагуляции (ПК). Величина, обратная порогу коагуляции, называется коагулирующей силой электролита (КС).

КС=1/ПК (5.1)

Коагулирующая сила различных электролитов различна. Основной закономерностью коагуляции золей электролитами является правило знака и валентности – правило Шульце-Гарди, согласно которому:

А) коагуляцию вызывают не оба иона прибавляемого электролита, а главным образом один - тот, который имеет заряд, противоположный заряду гранулы;

Б) коагулирующее действие иона тем выше, чем выше его заряд.