2. Будова міцели гідрозоля

Колоїдна міцела – структура досить складна. Вона не має певного хімічного складу і маси. Однак принципові питання щодо будови міцели останнім часом з’ясовані чітко й однозначно.

Будь-яка колоїдна система складається з дисперсної фази і дисперсійного середовища. В гідрозолях дисперсним середовищем є вода, а дисперсною фазою - тверді частинки колоїдної дисперсності, що називаються міцелами.

Основну частину міцели займає агрегат, що складається з великої кількості атомів, іонів або молекул нерозчинної у воді речовини і має кристалічну або аморфну будову.

На поверхні твердого кристалічного агрегату фіксуються іони стабілізатора, які визначають знак і величину поверхневого потенціалу (потенціал визначаючі іони). Ця частина міцели, тобто агрегат сумісно з потенціал визначаючими іонами, називається ядром.

Н авкруги ядра розташовується частина противоіонів стабілізатора, що утворює адсорбційний шар.

Рис.24. Будова міцели колоїдного розчину.

Ядро разом з адсорбційним шаром противоіонів складає колоїдну частинку або гранулу. Вона завжди має заряд, що відповідає знаку заряду потенціал визначаючих іонів.

Інші противоіони утворюють дифузний шар міцели. Таким чином, міцела – електро-нейтральна структура. При пропусканні постійного електричного струму через колоїдний розчин до електродів рухаються не міцели, які в цілому нейтральні, а тільки гранули.

Розглянемо докладніше будову колоїдних частинок на прикладі колоїдного розчину йодиду срібла, який утворюється за реакцією:

Kl + AgNO₃ = ↓Agl + KNO₃

Стійкий золь іодида срібла може бути одержаний тільки при дотримуванні двох умов:

• розчини реагентів повинні бути розбавленими

• одна з реагуючих речовин береться в надлишку (правило Фаянса-Панета).

М олекули нерозчинного йодиду срібла утворюють ядро колоїдної частинки. Ядро в даному прикладі - дрібний кристалик йодиду срібла, на поверхні якого адсорбуються іони аргентуму, чи іони йоду, бо адсорбуються зазвичай іони, що входять до складу ядра частинки.

Рис.25. Будова міцел золя йодистого срібла.

а) при надлишку АgNО₃, б) при надлишку КІ.

Ці іони, що адсорбуються на поверхні ядра, називаються потенціал визначаючими іонами. При надлишку АgNОз адсорбуються іони Аg⁺, при надлишку в реакції КІ - іони І^-. В першому випадку ядро одержує позитивний заряд), а в другому – від’ємний заряд.

Іони, протилежні по знаку потенціал визначаючим іонам, - противоіони частково тісно примикають до адсорбованих, частково розташовуються дифузно, тобто рухомі і розсіяні. При цьому в адсорбційному шарі переважають потенціал визначаючі іони, а в дифузному - противоіони.

Будову міцели зручно представляти у вигляді формули. Для золя AgI формула міцели пишеться так:

{m [AgI] ∙ nAg⁺ ∙ (n – x) NO₃^-} xNO₃

Агрегат

Ядро

Частинка

Міцела

m – число молекул AgI, що входять до складу агрегата;

n – число потенціал визначаючих іонів Ag⁺ m >>n.

Загальне число противоіонів NO₃ також дорівнює n, але частина з них (n-x) входить в адсорбційний шар і знаходиться поблизу ядра, а друга частина противоіонів Х складає дифузійний шар.

Якщо стабілізатором цього золя буде не AgNO₃, а КІ, то формула міцели запишеться так:

{m [AgI] ∙ nІ^- ∙ (n – x) К⁺} xК⁺

Для гідрозоля гідроксиду заліза, одержаного гідролізом FeCL₃, формула міцели має вигляд:

{m [Fe (OH)₃] ∙ nFe³⁺ ∙ 3 (n – x)CL^-} xCL^-

В цілому міцела електронейтральна і коефіцієнт 3 враховує заряд іонів заліза.

Прикладом золя, в якому стабілізатор утворюється при взаємодії речовини дисперсної фази з дисперсійним середовищем, може бути гідрозоль діоксиду (кремнію) сіліціума. На поверхні агрегату можлива реакція з утворенням метакремнієвої кислоти:

SiO₂ + H₂O = H₂SiO₃,

яка служить стабілізатором цього золя. Будову міцели гідрозоля діоксиду сіліціуму можна зобразити слідуючою формулою:

{m [SiO₂] ∙ nHSiO₃ ∙ (n – x) H⁺} xH⁺

При електрофорезі під дією електричного поля до одного з електродів рухаються колоїдні частинки, до другого – іони дифузного шару. Тобто дифузний шар рухомий і здатний переміщуватись відносно твердої частинки з адсорбційним шаром. Товщина дифузного шару змінюється в залежності від змін концентрації і зарядів іонів, що мають протилежний знак по відношенню до ядра. Протиіони цих двох шарів знаходяться в стані рухомої рівноваги.

Елементарна колоїдна частинка – міцела, попавши в електричне поле, руйнується. Із міцели утворюється заряджена частинка, яка починає рухатись до протилежно зарядженого електрода, а іони з дифузного шару, що відірвались від міцели, рухаються в протилежному напрямі. Так відбувається електрофорез. Швидкість електрофорезу визначається зарядом частинки, тобто електрокінетичним потенціалом. Цілком аналогічне явище відбувається і при електроосмосі.