Класифікація за міжфазною взаємодією
Взаємодія між речовинами дисперсної фази і дисперсійного середовища за рахунок міжмолекулярних сил на межі поділу фаз протікає завжди, але ступінь її прояву може бути різним.
У залежності від цього дисперсні системи можуть бути ліофільними чи ліофобними. Для перших характерна сильна міжмолекулярна взаємодія речовини дисперсної фази із середовищем, а для других – слабка. Ця взаємодія приводить до утворення сольватних (гідратних у випадку води) оболонок з молекул дисперсійного середовища навколо частинок дисперсної фази, і, як у звичайних розчинах, називається сольватацією (гідратацією).
Ліофільні системи термодинамічно стійкі (ΔG ≤ 0) і характеризуються самочинним диспергуванням. Воно можливе за умови, коли зростання вільної енергії Гіббса ΔG, пов’язане зі збільшенням поверхні при диспергуванні, компенсується зменшенням ентальпії в процесі сольватації і ростом ентропії системи за рахунок поступального руху частинок, що утворюються. Так, мила, багато глин самочинно «розпускаються» у воді, а високомолекулярні сполуки розчиняються в “гарному” (такому, який добре взаємодіє з ними) розчиннику до окремих макромолекул. Системи, у яких самочинного диспергування не відбувається, можуть бути названі ліофобними, але ліофілізованими в тому чи іншому ступені.
Отже, сучасна колоїдна хімія вивчає системи, структурні одиниці яких складаються з багатьох тисяч атомів і утворюють трьох- і двовимірні структури і макромолекулярні системи.
Розглянувши зміст і форму науки – колоїдної хімії, можна дати її визначення. Існує декілька різних формулювань; однак найбільш удалим уявляється визначення Жукова: колоїдна хімія вивчає властивості високодисперсних гетерогенних систем на основі поверхневих явищ, а також фізико-хімічні властивості високомолекулярних сполук і їх розчинів.
3. Розрізняють 2 групи методів отримання колоїдних розчинів: Дисперсійний метод полягає в подрібнення речовини до маленьких частинок. Подрібнення можна вести:
1) механічним способом (кульові млини, гомогенізатори, ультразвукові дезінтегратори);
2) фізико-хімічним способом – метод пептизації, коли осад речовини переводиться в колоїдний стан додаванням поверхнево–активних сполук - мила, білків.
Конденсаційний метод спрямований на збільшенні розмірів частинок завдяки агрегації молекул або іонів. Для цього використовується: 1) випаровування розчинника, внаслідок чого йде конденсація твердої фаза; 2) заміна розчинника, наприклад, коли спиртовий розчин холестерину вилити у воду; 3) використання реакцій, в яких осади формуються з маленьких
частинок. Так, отримання колоїдного розчина йодиду срібла йде за реакцією заміщення:
KJ + AgNO3 → AgJ ↓ + KNO3
Колоїдні розчини можна отримувати в реакціях відновлення чи окислення, або гідролізу:
Ag2O + H2 → 2Ag↓ + H2O
2HAuCl4 + 3 H2O2 → 2 Au↓ + 8 HCl + 3O2
2H2S + SO2 → 3S↓ + 2Н2О
FeCl3 + 3H2O → Fe(OH)3↓ + 3HCl
3. Метод пептизації. Пептизацію тільки умовно можна віднести до диспергаційних методів одержання колоїдних розчинів, оскільки в цьому методі відсутній процес подрібнення частинок великого розміру до колоїдного ступеня дисперсності.
Розрізняють три способи пептизації: адсорбційну (безпосередню), дисолюційну (хімічну або посередню), а також промивання осаду розчинником (дисперсійним середовищем).
Адсорбційна пептизація відбувається тоді, коли до промитого дистильованою водою осаду додають електроліт, який містить йон, що може вибірково адсорбуватись на агрегаті, утворюючи міцелу. Наприклад, золь ферум(ПІ) гідроксиду можна одержати таким чином. За реакцією
одержують червоно-бурий осад Fe(OH)3. Осад фільтрують, декілька разів промивають дистильованою водою, вимиваючи йони електролітів. При додаванні невеликої кількості пептизатора – солі FeCl3 – осад дезагрегується, утворюючи червоно-бурий золь Fe(OH)3. Будова міцели золю така:
Такого самого ефекту можна досягти, використовуючи в ролі пептизатора розчин лугу.
За дисолюційної пептизації на частинках осаду адсорбуються не йони використаного електроліту, а продукти його взаємодії з поверхневими молекулами осаду. За такої пептизації дуже важливо, щоб кількість реагенту, який розчиняє осад, була малою, інакше може розчинитись весь осад.
Пептизації промиванням розчинником (дисперсійним середовищем) зазнають осади, які були одержані за умови значного надлишку одного із реагентів. У цьому випадку подвійний електричний шар на частинках осаду дуже стиснутий і електростатичні сили відштовхування між частинками осаду не виявляються. Щоб відновити останні і створити нормальну структуру подвійного електричного шару, необхідно зменшити концентрацію електроліту шляхом промивання осаду розчинником або дисперсійним середовищем. За цих умов надлишок електроліту вимивається і утворюється стійкий золь.
Наприклад, міцела золю Fe(OH)3, одержаного за значного надлишку FeCl3, має таку будову:
Після промивання осаду водою міцела має такий вигляд:
