Тема 5.6. Коллоидные растворы.

Понятие о дисперсных системах. Степень дисперсности и удельная по­верхность. Классификация дисперсных систем по степени дисперсности и агрегатному состоянию. Общая характеристика грубодисперсных, коллоидно-дисперсных систем, истинных растворов, вы­сокомолекулярных соединений.

Строение коллоидных частиц: ядро, гранула, мицелла. Стабилизация коллоидов. Понятие о кинетической и агрегатной устойчивости колло­идных систем. Коагуляция. Факторы, вызывающие коагуляцию. Изо- электрическое состояние. Порог коагуляции. Взаимная коагуляция зо­лей. Коллоидная защита. Пептизация. Электрокинетическое явление. Электроосмос и электрофорез, их использование.

Молекулярно- кинетические свойства: броуновское движение, диффу­зия, осмотическое давление. Седиментация.

Оптические свойства коллоидов: опалесценция, эффект Фарадея- Тиндаля, окраска золей. Оптические свойства чая, вин, молока, бульо­нов. Методы исследования: ультрамикроскопия, нефелометрия. Методы получения коллоидных растворов: диспергирование, конденсация. Очи­стка золей: диализ, ультрафильтрация. Практическое применение дан­ных процессов. Составление схем мицелл.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

В коллоидной химии широко используются понятия из курса физической химии, в т. ч. система, фаза, гомогенная и гетерогенная системы. Необходимо уяснить понятия: дисперсность, дисперсионная среда и дисперсная фаза. Без зна­ния этих терминов невозможно понять классификацию дисперсных систем. Дис­персность (раздробленность) частиц дисперсной фазы положена в основу класси­фикации дисперсных систем. Классификацию дисперсных систем проводят также по агрегатному состоянию дисперсной фазы и дисперсионной среды.

При изучении этой темы следует узнать, что в настоящее время общеприня­той теорией строения коллоидных частиц является мицеллярная теория, разрабо­танная П. П. Веймарном, Ф. Д. Думанским, Н. П. Песковым, С. М. Липатовым и другими учеными. Согласно этой теории всякий гидрофобный золь состоит из двух частей: мицелл - электрически нейтральных структурных коллоидных час­тиц и дисперсионной среды. Строение коллоидных частиц удобнее рассматри­вать, если проследить процессы образования частиц.

Изучая получение коллоидов, важно уяснить два метода:

1. Диспергирование — дробление более крупных по размеру частиц до кол­лоидной степени дисперсности.

2. Конденсация — укрупнение частиц в результате объединения атомов и молекул в агрегаты коллоидной степени, дисперсности.

Чтобы измельчить твердые и жидкие вещества, нужно совершить определен­ную работу. Для этой цели необходимо применить механическое дробление тел до заданной величины дисперсности, диспергирование ультразвуковыми колеба­ниями, электрическое диспергирование под влиянием постоянного и переменного электрического поля. Методы диспергирования применяются при получении крахмала, пряностей, кофе, какао и др. Тонко измельченное вещество приобретает много новых ценных свойств: краски - лучшую кроющую способность, яркость, большую устойчивость; вяжущие строительные материалы - прочность, быстрое схватывание и отвердение; катализаторы - повышенную активность в химиче­ских реакциях; продовольственные материалы — лучшие вкусовые качества.

В основе конденсационных методов лежит процесс образования частиц дис­персной фазы из вещества, находящегося в молекулярном или ионном состоянии. Е[еобходимое требование — создание пересыщенного раствора, из которого должна быть получена коллоидная система. Чтобы получить коллоиды методом пептизации, свежий осадок обрабатывают небольшим количеством электролита, в результате вещество осадка переходит в коллоидный раствор. Получение коллои­дов осуществляется в присутствии стабилизаторов. Затем следует рассмотреть методы очистки коллоидных растворов от примесей электролитов с помощью диализа, электродиализа, ультрафильтрации.

Обратите внимание на практическое применение методов получения и очи­стки коллоидно-дисперсных систем.

Ознакомившись со строением коллоидных частиц, методами получения и очистки коллоидов, перейдите к изучению свойств коллоидных растворов.

Изучая устойчивость коллоидов, запомните, что важнейшими факторами, обеспечивающими стабилизацию золей, являются:

а) высокая степень дисперсности,-

б) наличие одноименного заряда гранул, определяющих электрокинетиче- ский потенциал;

в) наличие сольватных (гидратных) оболочек ионов диффузионного слоя, которые не позволяют противоионам данного слоя внедряться в адсорбционный слой.

Различают два вида устойчивости: агрегативную - способность препятство­вать слипанию и кинетическую — способность противостоять оседанию частиц.

При уменьшении влияния факторов, вызывающих стабилизацию коллоидов, происходит потеря устойчивости за счет слияния ядер мицелл. Это приводит к образованию крупных агрегатов - коагуляции. В этом случае нарушается агрега­тивная устойчивость систем, и вещество выпадает в осадок — седиментация (на­рушение кинетической устойчивости).

Особое внимание обратите на коагуляцию электролитов согласно правилу Шульце-Гарди, связывающего величину порога коагуляции с валентностью ио­на—коагулятора, и на взаимную коагуляцию коллоидов. •

Стабилизация коллоидных систем против коагуляции при помощи высоко­молекулярных, поверхностно-активных и других веществ имеет большое значе­ние в технологии производства пищевых продуктов. Изучив явление стабилиза­ции и коагуляции, следует привести ряд примеров использования на практике этих явлений.

ПОСЛЕ ИЗУЧЕНИЯ ТЕМЫ ОБУЧАЮЩИЙСЯ ДОЛЖЕН ЗНАТЬ И УМЕТЬ:

• Характеристику дисперсных систем, их классификацию.

• Строение коллоидных частиц.

• Объяснить понятия: ядро, гранула, мицелла, потенциал определяющие

ионы, адсорбционный и диффузный слой. ^

• Объяснить суть состояния коллоидов: агрегативная и кинетическая устой­чивость, коагуляция, седиментация.

• Описать явление электрофореза и электроосмоса.

• Описать молекулярно-кинетические и оптические свойства коллоидов.

• Описать методы получения коллоидов: конденсация и диспергирование.

ВОПРОСЫ ДЛЯ КОНТРОЛЯ:

1. Что называется коллоидной системой?

2. Изобразите схему строения мицеллы иодида серебра, если стабилизатором является KJ.

3. Каковы основные методы получения коллоидных систем?

4. Что такое пептизация?

5. Каковы назначение и сравнительная эффективность диализа, электродиали­за и ультрафильтрации?

6. Какими оптическими методами можно определить размеры и форму кол­лоидных частиц?

7. В чем заключаются основные различия в поглощений света истинными и коллоидными растворами?

8. Какими методами изучается внутренняя структура коллоидных частиц?

9. Какие свойства коллоидных систем относятся к молекулярно­кинетическим? Почему они так называются?

10. Дайте характеристику кинетической устойчивости коллоидных систем.