Механизм коагулирующего действия электролитов

В механизме коагулирующего действия электролитов можно выделить три фактора.

1. Сжатие диффузионного слоя.

Чем больше заряд коагулирующих ионов, тем сильнее они сжимают диффузный слой противоионов.

2. Адсорбция ионов на коллоидной частице.

На коллоидной частице протекает избирательная адсорбция тех ионов добавленного электролита, которые имеют заряд, противоположный грануле.

Чем выше заряд ионов, тем интенсивнее они адсорбируются. Происходящее в адсорбированном слое накопление ионов, заряженных противоположно частице, сопровождается соответственным уменьшением ζ-потенциала и, следовательно, диффузного слоя. А это, в свою очередь, повышает скорость коагуляции.

3. Процесс ионообменной адсорбции.

Помимо сжатия диффузного слоя и адсорбции ионов, при коагуляции золей электролитами происходит процесс ионообменной адсорбции, при котором противоионы адсорбционного слоя обмениваются на одноимённо заряженные ионы добавленного электролита.

Если заряд последнего выше, чем у противоионов, то такая замена приводит к значительному понижению ζ-потенциала.

Таким образом, все три процесса, уменьшающие заряд гранулы и влияющие на коагуляцию, протекают тем эффективнее, чем выше заряд коагулирующего иона.

Это частично позволяет объяснить разницу в коагулирующем действии ионов с различными величинами зарядов.

Основная причина коагуляции частиц заключается в понижении расклинивающего давления до такого уровня, что оно перестаёт препятствовать объединению частиц.

Смена полярности коллоидных частиц

При значительном увеличении концентрации добавленных многозарядных ионов они могут адсорбироваться на коллоидных частицах в таком большом количестве, что гранулы могут не только стать электронейтральными, но и, вообще, поменять свою полярность.

При этом гранулы приобретают знак заряда избыточно адсорбированных ионов добавленного электролита и снова становятся устойчивыми коллоидными частицами.

Так, например, при добавлении к золю платины небольшого количества хлорного железа FeCl₃ наблюдается понижение отрицательного заряда коллоидных частиц платины и их коагуляция.

Увеличение количества этого электролита приводит к смене полярности частиц платины, которые приобретают положительный заряд.

Ещё большие количества FeCl₃ будут вновь оказывать коагулирующее действие.

Такое чередование состояний электронейтральности и заряженности частиц называют чередованием зон коагуляции или явлением неправильных рядов. Оно наблюдается не у всех золей и не со всеми электролитами.

Кинетика коагуляции. Скрытая и явная коагуляция.

Если в коллоидный раствор медленно добавлять электролит, то первые его порции не влияют на золь.

При увеличении концентрации электролита начинается образование частиц низших порядков (II, III и т.д.), которое протекает незаметно для невооружённого глаза и поэтому называется скрытой коагуляцией.

Дальнейшее увеличение концентрации электролита ведёт к прогрессивному развитию процесса коагуляции, повышению её скорости и сопровождается появлением частиц более высоких порядков.

Золь претерпевает видимые изменения: он мутнеет или изменяется его окраска. При этом величина ζ-потенциала частиц уменьшается.

Эта стадия процесса называется явной коагуляцией. Переход скрытой коагуляции в явную называется порогом коагуляции: ему соответсвует пороговая концентрация электролита, т.е. минимальная концентрация электролита, вызывающая явную коагуляцию. (Измеряется эта величина миллимолях на литр золя.)

В это время ζ-потенциал ещё сохраняется, но он обычно не превышает 30 мв и называется критическим ζ-потенциалом.

Однако изменение величины ζ-потенциала не всегда соответствует процессу коагуляции частиц. Нередко коагуляция начинается при высоких значениях ζ-потенциала, а иногда с понижением этого потенциала некоторые золи даже увеличивают свою устойчивость.

Это подтверждпет, что ζ-потенциал является важным, но не единственным определяющим фактором устойчивости коллоидных частиц.

Явная коагуляция, в свою очередь, делится на два периода:

1. Период медленной коагуляции. В этот период всякое увеличение концентрации электролита ускоряет коагуляцию.

2. Период быстрой коагуляции. Во время быстрой коагуляции дальнейшее повышение концентрации электролита уже не влияет на её скорость, т.е. коагуляция протекает с максимальной быстротой.

При медленной коагуляции не все столкновения коллоидных частиц в золе оказываются эффективными, т.е. не все оканчиваются объединением частиц, а при быстрой коагуляции все столкновения приводят к их объединению.

Наименьшая концентрация электролита, вызывающая быструю коагуляцию, называется концентрацией коагуляции или порогом быстрой коагуляции.

При коагуляции вместе с уменьшением числа частиц и их укрупнением происходит изменение ряда свойств растворов: понижается скорость диффузии и фильтрации частиц, увеличивается скорость седиментации, меняется интенсивность рассеянного света, а вместе с тем и окраска растворов и т.п.