2.2. Коллоидные системы
Коллоидные системы (или коллоиды) – разновидность гетерогенных дисперсных систем, характеризующиеся высокой степенью дисперсности, размеры частиц дисперсной фазы коллоидных систем 1-100 нм.
Коллоидные системы, дисперсионная среда которых жидкость, называется коллоидными растворами или золями (или лиозолями). Застывший золь, превратившийся в довольно плотную студнеобразную массу, называют гелем. В гелях дисперсная фаза образует пространственную структуру, в ячейках которой находится дисперсионная среда (газ или жидкость).
Если дисперсионной средой является вода, то коллоидные растворы называются гидрозолями, а гели – гидрогелями, если же дисперсионной средой являются органические жидкости, то соответственно они называются органозолями и органогелями.
Коллоиды, правильнее коллоидные системы (от греч. kolla – клей и eidos – вид) – дисперсные системы, промежуточные между истинными растворами и грубодисперсными системами − суспензиями и эмульсиями. Прежде коллоидами называли "клееподобные тела" (белок, крахмал, клей и пр.); термин устарел и применяется лишь для краткости. Гель (от лат. gelо – застываю) – дисперсная система, обладающая некоторыми свойствами твёрдых тел (способность сохранять форму, прочность, упругость); типичные гели имеют вид студенистых тел (например, желатиновый студень, столярный клей). Гидрозоль (от греч. hydōr – вода, влага и золь) – дисперсная система, состоящая из твёрдых частиц, взвешенных в воде. Органозоль (от греч. organikos – органический и золь) – дисперсная система, в которой растворителем служит органическая среда. |
На рис. 21 представлены процессы обратимого превращения твёрдого коллоида в гель и золь.
-
Золь
Гель
Твёрдый
коллоид
Рис. 21. Превращения твёрдого коллоида в гель и золь
(
– частицы
дисперсной фазы, ● – молекулы
дисперсионной среды)
Многие осадки, образовавшиеся после длительного стояния, в результате коагуляции (слипания) лиофильных коллоидных растворов становятся гелями. Например, коллоиды метакремниевой кислоты H2SiO3 образуют гели с большим количеством воды. При высушивании этих гидрогелей получаются так называемые силикагели, которые являются хорошими адсорбентами (часто пакетики с ними вкладывают в новую обувь).
2.3. Методы получения коллоидных растворов
Для получения коллоидных растворов необходимо:
– достичь коллоидной степени дисперсности;
– подобрать дисперсионную среду, в которой нерастворимо вещество дисперсной фазы;
– подобрать третий компонент – стабилизатор1, сообщающий кол-лоидной системе устойчивость.
В качестве стабилизаторов используют вещества, препятствующие агрегации коллоидных частиц в более крупные и выпадению их в осадок. Таким действием обладают: небольшой избыток одного из реагентов, из которых получается вещество дисперсной фазы, ПАВ, белки, полисахариды и др.
По способу достижения коллоидной степени дисперсности различают методы: диспергационные (от лат. dispergire – измельчать) – получение частиц дисперсной фазы посредством дробления более крупных частиц – и конденсационные (от лат. condensire – укрупнять) – получение частиц дисперсной фазы посредством объединения атомов, молекул, ионов. На рис. 22 показано образование коллоидов диспегационным и конденсационным методами.
Рис. 22. Получение коллоидов диспегационным и конденсационным методами
К диспергационным процессам относятся механическое дробление, ультразвуковое, электрическое и химическое диспергирование. Механическое дробление осуществляют с помощью шаровых и коллоидных мельниц (рис. 23) в присутствии жидкой дисперсионной среды и стабилизатора. Химическое диспергирование или пептизация (процесс, обратный коагуляции), заключается в химическом воздействии на осадок.
а б
Рис. 23. Шаровая (а) и коллоидная (б) мельницы
К конденсационным методам образования частиц коллоидных размеров при объединении атомов, молекул и ионов относятся как физические (замена растворителя, охлаждение, электрораспыление), так и химические процессы (реакции ионного обмена, гидролиза, окислительно-восстановительные реакции). Чаще всего для получения золей используют метод замены растворителя. При химической конденсации для получения коллоидных растворов используют любые реакции, в результате которых образуются труднорастворимые соединения.