Способы получения коллоидных растворов

Поскольку коллоидные системы занимают промежуточное положение между грубодисперсными системами и истинными растворами, их можно получить двумя способами:

1. диспергированием ( дроблением) грубодисперсных частиц;

2. конденсацией (укрупнением) молекул или ионов истинных растворов или однокомпонентных гомогенных систем.

Структура коллоидных систем

Коллоидная система , или золь, состоит из 2-х компонентов: мицелл и интермицелярной жидкости. Интермицелярная жидкость – это растворы электролитов и неэлектролитов, стабилизирующие коллоидную систему.

Мицелла есть структурная единица коллоидного раствора и является частицей дисперсионной фазы, имеющей сложное строение, которое зависит от условий получения.

В центре мицеллы находится ядро, представляющее собой кристаллические агрегаты, состоящие из m молекул малорастворимого в воде вещества. Ядро частицы, находясь в растворе, адсорбирует на своей поверхности ионы, имеющиеся в растворе в избытке и родственные ионам, входящим в состав ядра (Правило Липатова). Ионы, адсорбирующиеся на поверхности кристаллического агрегата и сообщающие ему заряд («+» или «-») называют потенциалопределяющими ионами. Количество потенциалопределяющих ионов равно n. Заряженная частица притягивает к себе такое же количество ионов противоположного знака – противоионов, компенсирующих этот заряд. Часть противоинов (n-х) находится под сильным воздействием электростатических сил со стороны частицы и составляет вместе с потенциалопределяющими ионами плотный адсорбционный слой. Ядро мицеллы вместе с адсорбционным слоем образуют гранулу. Гранула имеет заряд (+х или –х). Знак заряда соответствует знаку заряда потенциалопределяющих ионов.

Следом за адсорбционным слоем следует подвижный диффузный слой тех же противоионов. Концентрация их по мере удаления от поверхности гранулы уменьшается. Противоионы диффузного слоя ориентируют полярные молекулы растворителя, создавая дополнительную сольватную оболочку. Суммарный заряд противоионов численно равен заряду гранулы, но противоположен ему по знаку. Мицелла в отличие от гранулы электронейтральна.

Состав мицеллы можно изобразить в виде формулы.

Например, структура мицеллы иодистого серебра, полученного в ходе химической реакции между иодидом калия и нитратом серебра, взятого в избытке AgNO_{3 изб.} + KJ  AgJ + KNO₃ можно представить следующей мицелярной формулой: { m[AgJ] nAg⁺ (n-x)NO₃^-]^+x xNO₃^- }

^{I---ядро ---I I-адсорбционный слой-I I-диффузный слой--I}

^{I--------------------гранула----------------I}

^{I---------------------------мицелла-----------------------------I}

Ядро в данном случае образуют малорастворимые молекулы иодида серебра m[AgJ]. Потенциалопределяющими ионами являются находящиеся в избытке и родственные ионам ядра ионы серебра nAg⁺_. Противоионы представлены нитрат - ионами NO₃^- . Их число в диффузионном слое равно х, а в адсорбционном – (n-x). В результате гранула приобретает заряд +х (положительный золь серебра).

Потенциал, возникающий на границе раздела гранулы и диффузного слоя противоинов (граница скольжения), называют электрокинетическим ξ-потен-циалом (дзета-потенциалом). Электрокинетический потенциал численно равен работе, которую нужно совершить при переносе единицы заряда с поверхности гранулы в глубь дисперсионной среды или наоборот.

Уменьшение значения ξ-потенциала приводит к разрушению диффузного слоя, в результате частицы получают возможность слипания и укрупнения, что приводит к понижению устойчивости коллоидной системы.

Различают 2 вида устойчивости дисперсных систем: кинетическая (седиментационная) и агрегативная (термодинамическая).

Седиментационная устойчивость характеризуется противодействием осаждению под действием сил тяжести (седиментация –явление осаждения частиц под действием силы тяжести). Высокая кинетическая устойчивость коллоидных растворов обусловлена равномерным распределением частиц дисперсной фазы по всему объему системы под влиянием теплового (броуновского) движения.

Агрегативная устойчивость дисперсных систем – это способность противостоять агрегации (укрупнению) частиц. Агрегативная устойчивость обусловлена прежде всего наличием одноименного электрического заряда частиц дисперсной фазы, вызывающего их взаимное отталкивание.

Процесс укрупнения (слипания) коллоидных частиц, приводящий к образованию осадка, называют коагуляцией.

Коагуляция начинается при падении ξ-потенциала до 0,03В.

Коагулирующая способность электролитов характеризуется величиной, называемой порогом коагуляции. Порог коагуляции – это минимальная концентрация электролита, при которой начинается коагуляция (ммоль/л). Порог коагуляции зависит от природы дисперсной системы, концентрации дисперсной фазы, а также от скорости прибавления электролита, интенсивности перемешивания, присутствия в системе других электролитов и неэлектролитов. Процесс, обратный коагуляции, т.е. переход свежеобразованного осадка или геля в коллоидный раствор, называется пептизацией. Вызвать пептизацию можно промыванием коагулянта растворителем, а также воздействием пептизаторов электролитов, неэлектролитов, поверхностно-активных веществ, высокомолекулярных соединений.