Глава VIII

 

КОЛЛОИДНЫЕ СИСТЕМЫ (ЗОЛИ)

 

§ 24. Строение коллоидных частиц

 

Коллоидные растворы (золи) состоят из дисперсной фазы и дисперсионной среды. Дисперсная фаза, образо­ванная коллоидными частицами, называется мицелла­ми. Дисперсная фаза коллоидных растворов практиче­ски нерастворима в дисперсионной среде. Поэтому кол­лоидный раствор можно получить обменной реакцией, при которой два вещества, растворенных в данной сре­де, образуют третье, практически в ней нерастворимое.

Строение мицеллы рассмотрим на примере образова­ния золя йодистого серебра, который получается при взаимодействии очень разбавленных растворов нитрата серебра и иодида калия:

 

AgNO₃ + KI = AgI↓ + KNO₃

A

Если иодид калия и нитрат серебра взяты в эквива­лентных количествах, частицы AgI растут, достигая значительной величины, превосходящей размеры кол­лоидных частиц, и быстро выпадают в осадок. Если же реакцию проводят с очень разбавленными растворами при небольшом избытке одного из реагентов, то осадок не выпадает, а образуется коллоидный раствор иодида серебра.

Вещество ядра коллоидной частицы, имеющее кри­сталлическую или аморфную структуру, нерастворимое в дисперсионной среде, составляет основную массу мицеллы и построено из нейтральных молекул или атомов. В рассматриваемом примере ядро — мельчайший кри­сталлик иодида серебра, состоящий из большого числа молекул: m (AgI).

Полученное ядро коллоидной степени дисперсности является носителем свободной поверхностной энергии, поэтому на его поверхности идет адсорбционный про­цесс. Согласно правилу Пескова — Фаянса, на поверх­ности ядра мицеллы обычно адсорбируются ионы, име­ющиеся в составе ядра частиц, т. е. адсорбируются ионы серебра или ионы иода — те, которые находятся в из­бытке. Если получать коллоидный раствор при из­бытке иодида калия, то адсорбироваться будут ионы иода, ибо они находятся в избытке. Ионы иода достраи­вают кристаллическую решетку ядра, прочно входят в его структуру, образуя адсорбционный слой, и придают ядру отрицательный заряд: m[AgI]nI^-. Эти ионы, адсор­бирующиеся на поверхности ядра и придающие ему со­ответствующий заряд, называются потенциалопределяющими ионами.

В растворе находятся также и ионы, противополож­ные по знаку потенциалопределяющим ионам, их назы­вают противоионами. B данном примере противоионами являются катионы К+, которые электростатически при­тягиваются потенциалопределяющими ионами адсорб­ционного слоя. Часть противоионов К+ прочно связыва­ется электрическими и адсорбционными силами и вхо­дит в адсорбционный слой. Ядро с адсорбционным слоем называется частицей или гранулой:

{m[AgI]nI^-(n-x)K⁺}x^-

^{гранула}

В адсорбционном слое гранулы преобладают потенциалопределяющие ионы, число которых можно обозна­чить nI^-, а количество противоионов — (n—х). Остав­шаяся часть противоионов образуют диффузный слои ионов. Ядро с адсорбционным и диффузным слоями называется мицеллой:

Если получать золь йодистого серебра при избытке нитрата серебра, т. е. при избытке Ag+, то коллоидная частица благодаря адсорбции ионов Ag+ на поверхности ядра получит положительный заряд. На рис. 30 схема­тически изображены мицеллы золя иодида серебра, по­лученного в избытке нитрата серебра (а) и в избытке иодида калия (б):

Числа m, n и х в зависимости от условий приготовления золей могут изменяться в широких пределах, т. е. мицелла не имеет строго определенного состава.

Таким образом, мицелла — электрически нейтраль­ная коллоидная частица, способная к самостоятельному существованию. Она определяет все основные свойства коллоидной системы. Состоит мицелла из ядра кристал­лического или аморфного строения, адсорбционного (не­подвижного относительно частицы) и диффузного (под­вижного) слоев.

При пропускании постоянного тока через коллоид­ный раствор к электродам движутся не мицеллы, кото­рые электронейтральны, а только гранулы. По направ­ленности   перемещения   гранул в электрическом    поле удалось доказать, что частицы золей обладают одно­именным (отрицательным или положительным) зарядом. Наличие одноименного заряда у всех частиц данного золя является важным фактором его устойчивости. За­ряд препятствует слипанию и укрупнению коллоидных частиц, т. е. коагуляции. Стабильность (устойчивость) коллоидных частиц объясняется тем, что на поверхности ядер адсорбируется определенный вид потенциалопределяющих ионов. Те электролиты, ионы которых явля­ются потенциалопределяющими, следует считать стаби­лизаторами, а ионы, которые адсорбируются поверх­ностью ядер, — стабилизирующими ионами. При этом на ядре адсорбируются те ионы стабилизатора, которые содержат элементы, общие с ядром. Например, рас­смотрим: а) золь кремниевой кислоты:

 

m [SiO₂]

^{ядро коллоида}

nH₂SiO₃ ↔ 2nН⁺ + nSiO₃^2-

^{ионный стабилизатор}

{m [SiO₂] n SiO₃^2- (п- х) Н⁺}^2х- 2xН⁺

         ^{мицелла}

 

 

б)  золь гидроксида железа (III):

m [Fe (ОН)₃]

^{ядро коллоида}

nFeCl₃ → nFe³⁺ + 3nС1^-

         ^{ионный стабилизатор}

[m [Fe (ОН)₃] п Fe³⁺ 3 (п — х) Сl^-}^3х+ Зх Сl^-

            ^{мицелла}