
1. По степени раздробленности (дисперсности) системы делятся на следующие классы: грубодисперсные, размер частиц в которых более 10-5 м; тонкодисперсные (микрогетерогенные) с размером частиц от 10-5 до 10-7 м; коллоидно-дисперсные (ультрамикро-гетерогенные) с частицами размером от 10-7 до 10-9м. по агрегатному состоянию фаз тв\тв рубиновое стекло, пигментированные волокна; тв\ж жемчуг,вода в граните; тв\г газовые включения в различных тв.телах(замороженные пены,пемза); ж\тв суспензии,краски,пасты,золи; ж\ж эмульсии; ж\г пены; г\тв дымы,космич.пыль,аэрозоли; г\ж туманы; г\г коллоидная система не образуется. по взаимод. лиофобные, в них дисперсная фаза не способна взаимодействовать с дисперсионной средой, например, частицы парафина в воде; лиофильные, в них дисперсная фаза взаимодействует с дисперсионной средой, например, частицы глины в воде.
2.мицелла-частица дисперсной фазы вместе с ДЭС. внутренняя чатсь мицеллы-агрегат,стостоящий из большого числа молекул\атомов. агрегат электронейтрален,Но адсорбирует на своей пов-ти ионы из раствора-ПОИ.агрегат вместе с ПОИ составляет ядро мицеллы.заряженное ядро мицеллы притягивает ПИ из раствора.чатсь ПИ образует адсорбционный слой. ядро с ПИ плотной части ДЭС образуют гранулу,или коллоидную частицу.знак заряда опр-ся знаком заряда ПОИ. заряд на коллоидных частицах обусловлен наличием на их поверхности двойного электрического слоя (ДЭС) из ионов, возникающего либо в результате избирательной адсорбции одного из ионов электролита, находящегося в растворе, либо за счет ионизации поверхностных молекул вещества.электрокинет.явл.-группа явлений, наблюдаемых в дисперсных системах, мембранах и капиллярах; включает электроосмос, электрофорез, потенциал течения и потенциал. Электроосмос - течение жидкости в капиллярах и пористых телах, вызванное внеш. электрич. полем; обратное ему Э. я. - потенциал течения - появление электрич. разности потенциалов на концах капилляра или мембраны при протекании жидкости. Электрофорез - движение твердых частиц или капель, взвешенных в электролите, при наложении электрич. поля. Обратное Э. я.-появление электрич. разности потенциалов на границах облака оседающих частиц, взвешенных в электролите (эффект Дорна). Осн. роль в возникновении Э. я. играет двойной электрический слой (ДЭС), формирующийся у пов-сти раздела фаз. Различают три возможных механизма образования ДЭСв результате перехода ионов или электронов из одной фазы в другую (поверхностная ионизация);в результате избирательной адсорбции в межфазном слое ионов электролитов;в результате ориентирования полярных молекул сопряженных фаз при их взаимодействии.
3. низкомолекулярные примеси разрушают коллоидные системы. диализ-отделение золей от низкомолекулярных примесей с помощью полупроницаемой мембраны. электродиализ-диализ,ускоренный внешним эл-им полем. ультрафильтрация-электродиализ под давлением(гемодиализ)
4.Получение суспензий. Два основных способа-смешение сухих порошков с жидкостью или измельчение твердых тел в жидкости и выделение твердой фазы из жидкой среды. Методы диспергирования требуют затраты энергии на преодоление сил межмолекулярного взаимод. и накопление своб.поверхностной энергии образовавшихся частиц. Измельчение твердых тел осуществляют раздавливанием, истиранием, дроблением, расщеплением мех. способом с помощью дробилок, ступок и мельниц разл. конструкции, ультразвуком, а также электрич. методами.
Эмульсии образуются двумя путями:путём дробления капель.Этот метод осуществляется путём медленного прибавления диспергируемого вещества в дисперсную систему в присутствии эмульгатора при непрерывном и сильном перемешивании. Главными факторами, от которых зависит степень дисперсности частиц получаемой эмульсии и её устойчивость, является скорость перемешивания, скорость введения диспергируемого вещества, его количество, природа эмульгатора и его концентрация, температура и pH среды.
путём образования плёнок и их разрыва на мелкие капли.Механизм образования состоит в следующем. Жидкость, образующая дисперсную фазу (например, масло), при медленном прибавлении к дисперсионной среде образует плёнку. Эта плёнка разрывается пузырьками воздуха, выходящими из отверстия трубки, которые находятся на дне сосуда. Образуются мелкие единичные капли. Одновременно пузырьки воздуха энергично размешивают всю жидкость и этим самым способствуют дальнейшему эмульгированию. В настоящее время для получения концентрированной эмульсии масла с водой её подвергают действию ультразвука.
Так как коллоидные системы занимают промежуточное положение между грубодисперсными системами и истинными растворами, то их можно получать двумя различными путями: из грубодисперсных систем путем дробления – это методы диспергирования; или из истинных растворов в результате объединения атомов и молекул в агрегаты коллоидной степени дисперсности – методы конденсации.
Методы диспергирования
Механическое измельчение - заключается в энергичном и длительном растирании, размалывании или распылении дисперсной фазы и смешивании его с дисперсионной средой. Для устойчивости образующегося золя добавляется стабилизатор. Дробление осуществляют с помощью коллоидных мельниц, вальцов, ступок и т.п.
Электрическое диспергирование – состоит в получении золей металлов при контакте двух металлических электродов при пропускании через них тока силой 5 – 10 А и напряжением на электродах 100 В.В области возникшей дуги отрываются частицы от электродов, поступают в среду и образуют золь. Так получают гидрозоли серебра, платины, золота. Их используют в медицине как антисептические лекарственные вещества.
Диспергирование ультразвуком – используют для дробления непрочных веществ с помощью ультразвуковых колебаний с частотой выше 20000 Гц.
Пептизация – переход в коллоидный раствор осадков под влиянием дисперсионной среды, содержащей пептизатор. Пептизации поддаются только свежие осадки, они легко переходят в золь, а старые, как правило, не пептизируются. Пептизацию можно наблюдать при "восстановлении" сухого молока, где пептизатором является белок.
Конденсационные методы
Метод замены растворителя (физическая конденсация) – основан на замене одного растворителя другим. Если истинный раствор поваренной соли в этиловом спирте по каплям добавлять в эфир, то образуется золь поваренной соли в эфире. При этом ионы Na+ и Cl־ образуют коллоидные частицы из-за плохой растворимости хлорида натрия в эфире.
Метод химической конденсации сводится к образованию молекул нерастворимых веществ с последующей их конденсацией до размеров коллоидных частиц. При этом могут использоваться реакции обмена, гидролиза, окисления – восстановления.
После получения золей коллоидных растворов их необходимо очищать от электролитов, которые понижают их устойчивость и мешают изучению их свойств.
Очистку золей проводят методом диализа, а используемые для этого устройства называют диализаторами. В них имеется полупроницаемая перегородка, через которую проходят ионы и молекулы низкомолекулярных веществ, но задерживаются крупные по размеру коллоидные частицы. Для ускорения этого процесса применяют электрическое поле и устройства называютсяэлектродиализаторами. Диализ применяют для очистки пищевого желатина, клея, красителей, целлюлозы, для удаления солей из молочной сыворотки с целью сохранения в ней лактозы и протеинов. Диализ наблюдается при вымачивании соленого мяса и рыбы.
Метод отделения дисперсной фазы от дисперсионной среды фильтрованием коллоидных растворов через полупроницаемые мембраны называется ультрафильтрацией. Для этих целей используют также центрифуги и ультрацентрифуги. Центрифугирование, например, применяется для сепарирования молока, отделения мелкокристаллических осадков и т.п.
5. устойчивость-неизменность во времени основных параметров дисп.с-мы:степени дисп-ти и равномерного распределения частиц дис.фазы в дисп.среде. о предложению Н.П. Пескова (1920г) устойчивость дисперсных систем подразделяют на два вида:кинетическая (седиментационная) устойчивость – свойство дисперсных частиц удерживаться во взвешенном состоянии, не оседая (противостояние частиц силам тяжести).агрегативная устойчивость – способность частиц дисперсной фазы оказывать сопротивление слипанию (агрегации) и тем самым сохранять определенную степень дисперсности этой фазы в целом. Дисперсные системы по устойчивости делят на два класса:термодинамически устойчивые (лиофильные коллоиды);термодинамически неустойчивые (лиофобные системы).Первые самопроизвольно диспергируются и существуют без стабилизатора. К ним относятся растворы ПАВ, растворы ВМС. GСвободная энергия Гиббса термодинамически устойчивой системы уменьшается (<0). GК термодинамически неустойчивым системам относятся золи, суспензии, эмульсии (>0). В последнее время различают также конденсационную устойчивость: система образует непрочные агрегаты (флокулы) или рыхлые осадки – частицы теряют свою индивидуальную подвижность, но сохраняются как таковые в течение длительного времени. Лиофобные коллоиды являются термодинамически неустойчивыми системами, существующими благодаря стабилизации за счет возникновения защитных ионных или молекулярных слоев. Следовательно, изменение состояния этих слоев может привести к потере устойчивости и затем к выделению дисперсной фазы. Устойчивость определяется результатом борьбы сил тяжести и броуновского движения. Это пример проявления закона единства и борьбы противоположностей. Факторы, определяющие устойчивость систем: броуновское движение, дисперсность частиц дисперсной фазы, вязкость и ионный состав дисперсионной среды и т.д.
Факторы устойчивости коллоидных растворов: наличие электрического заряда коллоидных частиц. Частицы несут одноименный заряд, поэтому при встрече частицы отталкиваются; способность к сольватации (гидратации) ионов диффузного слоя. Чем более гидратированы ионы в диффузном слое, тем толще общая гидратная оболочка, тем стабильнее система. Упругие силы сольватных слоев оказывают расклинивающее действие на дисперсные частицы и не дают им сближаться; адсорбционно-структурирующие свойства систем. Третий фактор связан с адсорбционными свойствами дисперсных систем. На развитой поверхности дисперсной фазы легко абсорбируются молекулы поверхностно-активных веществ (ПАВ) и высокомолекулярных соединений (ВМС).
6.
коагуляция-процесс
разрушения коллоидных систем засчет
слипания частиц,образования более
крупных агрегатов с потерей устойчивости
и последующим разделением фаз. порог
коагуляции-наим-ая концентрация
электролита,достаточная для того,чтобы
вызвать коагуляцию золя. y=VC\W.
Порог
коагуляции определяют по помутнению,
изменению окраски или по началу выделения
дисперсной фазы в осадок.Правило
Шульце-Гарди: Коагулирующим
действием обладает тот ион электролита,
который имеет заряд, противоположный
заряду потенциалопределяющих ионов
мицеллы (гранулы), причем, коагулирующее
действие тем сильнее, чем выше заряд.
где
К – коагулирующая способность (примем
ее за единицу).
По
правилу Шульца – Гарди чем выше заряд,
тем меньше требуется электролита, чтобы
вызвать коагуляцию.
Коагуляция золя может быть вызвана его
взаимодействием с другим золем, частицы
которого имеют противоположный заряд.
Так, смешение золя гидроксида железа,
частицы которого имеют положительный
заряд, с отрицательно заряженным золем
сульфида мышьяка приводит к их взаимной
коагуляции.
7.
Явления,
происходящие на поверхности раздела
фаз называются поверхностными
явлениями. Адсорбция-
это явление концентрирования вещества
на поверхности раздела фаз. Адсорбент
- вещество, на поверхности которого
происходит адсорбция. Адсорбат(адсорбтив)
- это вещество, адсорбирующееся на
поверхности адсорбента. Поверхность,
приходящаяся на 1 г адсорбента, называется
удельной поверхностью адсорбента (Sуд).
Изотерма
Генри:
Г = kРили Г = kС .т.
е. заполнение поверхности пропорционально
давлению адсорбата в газовой фазе Р
или
его концентрации С
в
«области Генри», т. е. в области небольших
Р
или
С. Теория
мономолекулярной адсорбции. Изотерма
Ленгмюра.Адсорбция
бывает нелокализованная (молекулы
адсорбата могут свободно перемещаться
вдоль поверхности адсорбента).
Локализованная адсорбция - это химическая
или сильная физическая адсорбция, при
которой адсорбированная молекула прочно
связана с адсорбентом и не может
перемещаться вдоль поверхности.Мономолекулярная
локализованная адсорбция описывается
уравнением изотермы адсорбции Ленгмюра:
,
где Г
-
величина адсорбции газа, Г∞
- максимально возможное количество
адсорбированного вещества при образовании
мономолекулярного слоя адсорбата, т.
е. предельная адсорбция, в
-
константа адсорбционного равновесия,
Р
- равновесное
давление газа. Теория
полимолекулярной адсорбции. Изотерма
БЭТ.Для
полимолекулярной адсорбции на твердом
адсорбенте Брунауэр, Эммет и Теллер
вывели уравнение изотермы адсорбции
(БЭТ):
где
V-
общий объем адсорбированного газа, Vm
- объем
адсорбированного газа, соответствующий
мономолекулярному покрытию всей
поверхности адсорбента, Р
- равновесное
давление адсорбированногогаза, Ps-
давление насыщенного пара, с
- константа
при данной температуре.
Для
средних заполнений поверхности адсорбента
используют уравнение изотермы
Фрейндлиха:
Г
=
=
k
(адсорбция
из газовой фазы); Г
=
=
k
(адсорбция
из раствора), где x
- количество
адсорбированного вещества, моль, m
- масса
адсорбента в граммах, k
и
α-
константы.