Коагуляция дисперсных систем

Лиофобные дисперсные системы термодинамически неустойчивы, что обусловлено избытком поверхностной энергии, поэтому частицы дисперсной фазы склонны к коагуляции (коалесценции - для эмульсий и аэрозолей), т.е. самопроизвольному процессу укрупнения дисперсных частиц вследствие их слипания (потеря агрегативной устойчивости).

Характерным признаком начала коагуляции является выпадение осадка дисперсной фазы или резкое увеличение светорассеяния (характерно для высокодисперсных систем).

Факторы, вызывающие коагуляцию золей, можно разделить на физические и химические. К физическим методам относятся перемешивание, механическая вибрация, воздействие ультразвука, электрического или магнитного поля, изменение температуры, различные виды излучения. Основным химическим методом воздействия является прибавление электролитов. Для реальных дисперсных систем характерно влияние на их стабильность нескольких факторов одновременно.

Введение в систему электролитов вызывает электролитическую коагуляцию коллоидных систем вследствие:

- нейтрализации поверхностного потенциала частиц (коагулянтами являются ионы с противоположным знаком, и чем больше заряд иона, тем выше его коагулирующая способность).

- сжатия диффузной части двойного электрического слоя.

Правило Гарди (правило знака заряда) (1909 г.): коагулирующей способностью обладают ионы с противоположным знаком заряда по отношению к заряду дисперсной частицы.

Порог коагуляции - минимальное количество электролита вызывающего начало коагуляции.

Пример: порог коагуляции для некоторых электролитов, вызывающих коагуляцию отрицательно заряженного золя As₂S₃:

Таблица 1.

электролит	LiCl	NaCl	MgCl2	BaCl2	AlCl3
Концентрация ммоль/л	58	51	0,71	0,69	0,09

Правило Шульце (1882 г.) – порог коагуляции резко уменьшается при увеличении степени окисления коагулирующих ионов (таблица 1), порог коагуляции двухвалентных катионов (Mg²⁺ , Ca²⁺) в несколько десятков раз ниже, чем для одновалентных; для трехвалентных катионов порог коагуляции ниже в сотни раз по отношению к одновалентным ионам. То же правило относится и к анионам, вызывающим коагуляцию.

Правило размеров коагулирующих ионов – при одинаковой валентности коагулирующая способность увеличивается с увеличением их атомного радиуса.

2.Экспериментальная часть

Опыт 1. Получение золя фосфата железа

В пробирку внесите 15-20 капель фосфата натрия и аккуратно прилейте 1- 2 капли хлорида железа. На поверхности образуется желтый флюоресцирующий золь фосфата железа. Раствор встряхните, в пробирке видно хаотичное движение коллоидных частиц (броуновское движение).

Опыт повторите, взяв в избытке хлорид железа и прибавив 1-2 капли фосфата натрия. Напишите уравнение реакции и формулы образующихся мицелл в первом и во втором случае.

Опыт 2 Получение геля кремневой кислоты

В пробирку внесите 5-6 капель силиката натрия и несколько капель серной кислоты. В пробирке наблюдается образование белого студенистого осадка. Напишите уравнение реакции и формулу образующейся мицеллы, учитывая, что на поверхности ядра протекает адсорбция силикат-ионов.

Опыт 3. Коагуляция гидрозоля гидроксида железа электролитом

Гидрозоль гидроксида железа получают методом конденсации при протекании реакции гидролиза хлорида железа при 100°С, при данной температуре можно считать, что реакция гидролиза протекает полностью (по всем трем ступеням):

FeCl₃ + 3H₂O = Fe(OH)₃ + 3HCl

Напишите формулу образующейся мицеллы, учитывая, что на поверхности ядра протекает адсорбция ионов Fe³⁺ .

В 3 подписанные пробирки внесите по 5 мл гидрозоля железа, затем в две пустые пробирки внесите по 2 мл раствора сульфата натрия, в одну – 0,01 М, в другую - 0,02 М.

Контрольную пробирку 1 (к) оставьте для сравнения, затем одновременно прилейте в пробирки с гидрозолем железа содержимое пробирок с сульфатом натрия: в пробирку № 2 - 2 мл раствора сульфата натрия 0,01 М, в пробирку № 3 - 2 мл сульфата натрия 0,02 М. Засеките время до начала помутнения раствора. Результаты занести в таблицу.

№ пробирки	Концентрация электролита сульфата натрия, м/л	Время до начала помутнения, мин.
1(к)	0	0
2	0,01
3	0,02

Сделайте вывод, какое количество электролита более эффективно вызывает коагуляцию.