Очистка дисп. Систем. Диализ

Часто в золях помимо дис частиц, стабилизирующего электролита и растворителя содержатся низкомолекулярные примеси. Например, золь иодида серебра содержит значительное количество нитрата калия. Низкомолекулярные примеси влияют на свойства системы, поэтому золи приходится очищать с помощью диализа, электродиализа и ультрафильтрации. Очищают и дис системы естественного происхождения (латексы, сырую нефть, сыворотки, вакцины и пр.).

Диализ (от греч – отделение) – это удаление с помощью мембран низкомолекулярных соединений из коллоидных растворов, также растворов ВМС. Для проведения диализа коллоидный раствор с содержащимися в нем примесями отделяют от растворителя полупроницаемой мембраной. Такая мембрана пропускает молекулы и ионы низкомолекулярных веществ, в том числе и растворителя, но не пропускает через мембрану частицы дисперсной фазы системы. В результате диффузии примеси через мембрану удаляются в растворитель. Чтобы избежать быстрого снижения градиента концентрации растворитель периодически заменяют или используют проточный метод. Очистка обычно длится несколько суток. Повышение температуры увеличивает скорость диффузии, т.е. ускоряет диализ.

Если диализ проводят в электрическом поле, то этот процесс называют электродиализом.

Часто диализ проводят при повышенном давлении во внутренней камере. Этот метод называют ультрафильтрацией.

При фильтрации растворов под давлением через мембраны с более узкими порами (радиус  10^-7см) происходит задержка не только дис частиц, но и растворенных молекул или ионов электролитов. Этот процесс называют гиперфильтрацией или обратным осмосом. Он используется для очистки природных и сточных вод.

Строение коллоидной частицы

Для образования коллоидных частиц необходимо три условия:

1. Дисперсная фаза не должна растворяться в дисперсной среде

2. Дисперсность частиц должна быть от 1-100 нм.

3. Наличие электролита-стабилизатора.

В основе современных представлений о строении коллоидных частиц лежат работы русских и зарубежных ученых А. Думанского, Н. Пескова, В Паули, К. Фаянса.

Твердые частицы коллоидных систем называются мицеллами. Мицеллу образуют:

1. Ядро (агрегат), состоящее из большого числа атомов или молекул нерастворимого в растворителе вещества, имеющего кристаллическое строение.

2. на поверхности ядра адсорбируются ионы электролита-стабилизатора. Согласно правилу Фаянса-Пескова: «На поверхности ядра коллоидной частицы адсорбируются те ионы, которые могут достроить кристаллическую решетку этой частицы».

Адсорбирующиеся ионы определяют знак и величину поверхностного потенциала и называются потенциалопределяющими ионами (ПОИ).

3. Вокруг ПОИ располагается часть противоионов электролита –стабилизатора, образующих вместе с ПОИ адсорбционный слой.

4. ядро и адсорбционный слой составляют гранулу.

5. остальные противоионы, не вошедшие в адсорбционный слой, образуют диффузный слой мицеллы. Этот слой подвижен и может перемещаться относительно твердой фазы-гранулы.

Рассмотрим образование мицеллы конденсационным методом по реакции:

AgNO₃ + KJ = AgJ + KNO₃

Избыток (электролит-

стабилизатор)

Запишем химическую формулу мицеллы:

{mAgJ·n Ag⁺·(n-x) NO₃^-}^x+·x NO₃^-

Ядро ПОИ противоионы диффузный слой

(агрегат){адсорбционный слой }

{ Гранула }

{ мицелла }

Мицеллообразование самопроизвольный процесс, обусловленный ростом энтропии системы за счет разупорядочивания структуры раствора при выводе ув радикалов из воды внутрь мицеллы.

Форма мицеллы зависит от концентрации ПАВ. При малых концентрациях образуются мицеллы Гартли, имеющие сферическую форму. Ядро мицелл образовано ув радикалами. Оно покрыто слоем полярных групп. С ростом концентрации сферические мицеллы переходят в цилиндрические. Затем цилиндрические мицеллы образуют упорядоченную структуру. При дальнейшем повышении концентрации ПАВ образуется пластинчатая (ламеллярная) мезоморфная фаза. Подобные мезоморфные фазы имеют высокую вязкость, оптически анизотропны. Их называют жидкими кристаллами.

В неводных средах образуются обратные мицеллы, в которых ядро образовано полярными группами ПАВ за счет водородных связей или диполь-дипольного взаимодействия. В неполярную ув среду направлены УВ радикалы ПАВ.

СОЛЮБИЛИЗАЦИЯ – способность мицеллярных растворов ПАВ растворять вещества, не растворимые в данном растворителе. При солюбилизации происходит внедрение мало растворимых в данном растворителе веществ в мицеллы. При этом мицеллы увеличиваются в размерах. Это самопроизвольный и обратимый процесс. Схема.

Моющее действие. Молекулы или ионы ПАВ адсорбируются на частицах загрязнений (масляные продукты с частицами пыли и копоти) ув радикалами. Изолируют частицу от ткани, ослабляют связь частицы и ткани. ПАВ стабилизируют дисперсную систему, возникающую при удалении грязи. При встряхивании частицы отрываются от ткани и переходят в раствор. Доля загрязнений поглощается в процессе солюбилизации. Часть прилипает к пузырькам пены.