17.3 Методи очистки колоїдних розчинів
Золі часто містять небажані домішки, які призводить до їх руйнації. Існує декілька методів очистки золів від таких домішок.
Діаліз – це процес очищення золів від наявних у них низькомолекулярних сполук за допомогою напівпроникних мембран, крізь які вільно проходять молекули та іони, але затримуються більші за розміром часточки дисперсної фази. До недоліків процесу діалізу можна віднести низьку швидкість процесу очистки. Електродіаліз – процес очистки золів від електролітів. Електродіалізатор складається з трьох частин: двох бічних і однієї середньої, яку відокремлюють мембранами. У бічних частинах розміщені електроди і циркулює вода. Колоїдний розчин розміщують у середній частині, де знаходиться механічна мішалка. Під час проходження електричного струму іони, від яких очищують золь, переміщуються до відповідних електродів, проходять через мембрану і виносяться водою.
Мембрани застосовують також для поділу дисперсної системи на окремі фази, наприклад у процесах ультрафільтрації. Мембрани при цьому закріплюють на твердій поруватій підкладці у спеціальних ультрафільтрах Під фільтром створюють розрідження (ультрафільтрація під вакуумом) або діють тиском на золь (ультрафільтрація під тиском). На лекції надаються характеристики мембран, що застосовуються для очистки золів.
Лекція №18 Фізико-хімічні властивості дисперсних систем
План лекції
1. Молекулярно-кінетичні властивості золів. Броунівський рух, його природа.
2. Оптичні властивості золів. Розсіювання світла. Закон Релея. Ультрамікроскопія.
3. Електрокінетичні явища. Дослід Рейса. Електрофорез і електроосмос.
Рекомендована література: [1] С.503-506, 524-527, [2] С.104-107,
[3] С.125-132, 183-185.
18.1 Молекулярно-кінетичні властивості золів
Броунівський рух являє собою хаотичний рух часточок дисперсної фази в золях. Він властивий будь-яким часточкам: чим вони менші, тим він інтенсивніший. Велика часточка одержує мільярди ударів молекул за секунду з усіх боків, внаслідок чого більшість ударів взаємно компенсуються. Теорію броунівського руху розробили Ейнштейн і Смолуховський.
Точний
шлях переміщення часточки в золях
встановити неможливо: за 1 с часточка
змінює напрям свого руху до 1012
разів. У своїх теоріях автори замість
швидкості руху часточки застосували
поняття "зсув часточки" –
відрізок прямої, який з’єднує вихідну
точку руху часточки з її положенням у
момент часу (через
1...3 с) на площині горизонтальної проекції,
що спостерігають у мікроскоп. На рис.
18.1. показана діаграма броунівського
руху колоїдних часточок.
Рисунок 18.1 – Діаграма броунівського руху
Для часточок сферичної форми середній зсув розраховують за рівнянням Ейнштейна-Смолуховського:
,
(18.1)
де – в’язкість дисперсійного середовища; r – радіус часточок; Nа – число Авогадро; R – універсальна газова стала; Т – абсолютна температура.
Користуючись рівнянням (18.1) визначають розміри часточок золю.
Дифузія в золях – це самочинний процес вирівнювання концентрації часточок золю унаслідок їх броунівського руху. Рівняння, що зв’язує середній зсув часточок під час броунівського руху і швидкість їх дифузії, має вигляд:
.
(18.2)
Швидкість дифузії – це величина обернено пропорційна розмірам часточок. Таким чином, у золях, де розміри часточок значно більші ніж розміри молекул, інтенсивність дифузії у тисячі разів менша, ніж у розчинах. У розчинах коефіцієнти дифузії – D мають значення 10–5...10–6, а у золях 10–7...10–8 см2/с.