Лекция 4. Лиофобные золи (коллоидные растворы)

План лекции:

4.1. Методы получения лиофобных золей.

4.1.1. Диспергационные методы.

4.1.2. Конденсационные методы.

4.1.3. Пептизация.

4.2. Методы очистки коллоидных растворов.

4.2.1. Диализ.

4.2.2. Электродиализ.

4.2.3. Ультрафильтрация.

4.2.4. Обратный осмос.

Большинство дисперсных систем являются лиофобными. Для них характерны:

• гетерогенность, наличие четко выраженной межфазной границы;

• высокая степень раздробленности дисперсной фазы;

• процесс диспергирования является несамопроизвольным, требует затраты энергии;

• наличие избытка свободной поверхностной энергии, что обусловливает стремление к коагуляции.

Коллоидными растворами называются высокодисперсные гетерогенные системы, в которых хотя бы одно вещество находится в коллоидном состоянии.

Коллоидное состояние – это высокодисперсное состояние, когда вещество раздроблено до частиц размерами 10^-7 – 10^-5 см, невидимых в оптический микроскоп, но представляющих собой агрегаты, состоящие из множе­ства молекул или ионов, такого множества, что этим ча­стицам присущи свойства отдельной термодинамической фазы, называемой дисперсной фазой.

Среда, в которой распределены частицы дисперсной фазы, называется дисперсионной средой.

4.1. Методы получения лиофобных золей

Общие условия получения лиофобных золей – нерастворимость или очень малая растворимость вещества дисперсной фазы в дисперсионной среде и наличие в сре­де веществ, которые способны стабилизировать частицы дисперсной фазы – стабилизаторов.

По размеру частиц дисперсной фазы лиофобные золи занимают промежуточное положение между истинными растворами и грубодисперсными системами. Следовательно, получить коллоидные растворы можно измельчением крупных частиц до коллоидных размеров (диспергационные методы) и укрупнением молекул и ионов (конденсационные методы).

4.1.1. Диспергационные методы

Диспергационные методы – это способы получения лиофобных золей путем дробления крупных кусков до агрегатов коллоидных размеров.

Существенные черты диспергационных методов:

1. Измельчение производится в инертной среде.

2. Диспергирование является несамопроизвольным процессом. Образование дополнительной межфазной поверхности связано с накоплением дополнительной свободной поверхностной энергии и происходит за счет совершения внешней работы.

В зависимости от вида внешней работы, которая совершается над грубодисперсной системой, диспергационные методы можно подразделить на механическое, ультразвуковое и электрическое диспергирование.

Механическое дробление грубодисперсных систем осуществляется путем: раздробления, удара, истирания, рас­щепления.

Измельчение частиц до размеров в несколько десятков микрон осуществляется с помощью шаровых мельниц. Очень тонкое раздробление (до 0,1–1 микрона) достигается на специальных коллоидных мельницах. Поверхностно-активные вещества облегчают диспергирование и способствуют значительному повышению степени дисперсности.

Следует иметь в виду, что механическое диспергирова­ние является очень энергоемким процессом. Достаточно отметить, что энергия, расходуемая в стране на размол це­мента, превышает энергию, вырабатываемую Волжской ГЭС.

Диспергирование ультразвуком происходит за счет разрывающих усилий. Они возникают в жидкости или твер­дом теле при прохождении через них ультразвуковых колебаний с частотой более 20 000 Гц в секунду. Этот метод применим и является эффективным только при диспергировании малопрочных веществ (сера, графит, крахмал, краски и т. д.).

Электрическое диспергирование. Этим методом получают коллоидные растворы металлов путем распыления к вольтовой дуге электродов из металла, погруженных в воду. Для получения более стойких гидрофобных золей в воду вводят следы стабилизирующих электролитов. Таким образом, получают гидрозоли щелочных металлов.

Диспергирование широко применяется в различных технологических процессах и постоянно происходит в природе.