Вопросы и задания для самоконтроля

1. Что такое дисперсные системы и как их классифицируют?

2. Каковы признаки коллоидного состояния вещества?

3. Какими методами получают лиофобные дисперсные системы?

4. Каким образом можно уменьшить работу измельчения дисперсной фазы и повысить дисперсность системы?

5. Опишите строение коллоидной мицеллы.

6. Что такое эмульсии? Какие вещества используют для их стабилизации?

7. Как классифицируют эмульсии? Как определить тип эмульсии?

8. Объясните причину обращения фаз эмульсии.

9. Что такое пены? В чем заключается особенность стабилизации пен?

10. Чем определяется седиментационная устойчивость дисперсных систем?

11. Сформулируйте основные принципы седиментационного анализа.

12. Предложите схему седиментометра для систем, в которых дисперсная фаза легче дисперсионной среды.

Глава III. Устойчивость и коагуляция коллоидных систем

Втермодинамически неустойчивых коллоидных системах непрерывно протекают самопроизвольные процессы, ведущие к укрупнению частиц. Укрупнение частиц возможно двумя путями: 1) за счет перекристаллизации; 2) за счет слипания частиц в более крупные агрегаты (коагуляция или коалесценция). Перекристаллизация идет медленно. Коагуляция протекает быстрее. Ее можно вызвать понижением температуры, кипячением, встряхиванием. Все электролиты способны коагулировать коллоидные системы в определенных концентрациях. Минимальная концентрация электролита, вызывающая коагуляцию через определенное время, называется порогом коагуляции. Коагулирующим называется ион, по знаку противоположный заряду частицы. Порог коагуляции быстро падает с увеличением валентности этого иона. Коагулирующая концентрация электролита, применительно к данной коллоидной системе снижается приблизительно пропорционально шестой степени валентности коагулирующего иона (правило Шульце-Гарди).

Современная физическая теория агрегативной устойчивости и коагуляции основана на представлениях о состоянии сил притяжения и отталкивания при сближении одноименно заряженных коллоидных частиц. В момент столкновения коллоидных частиц, которое происходит в результате броуновского движения, на них действуют ван-дер-ваальсовы силы притяжения и электростатическое отталкивание.

Суммарная энергия взаимодействия Е двух коллоидных частиц в зависимости от расстояния r между ними изменяется по кривой, представленной на рисунке 8. Положительные значения Е соответствуют отталкиванию, а отрицательные – притяжению частиц. Подобные кривые, получаемые суммированием рассчитанных сил межчастичного притяжения и электростатического отталкивания, называются потенциальными кривыми.

На рисунке видно наличие барьера отталкивания s на расстоянии r₀, препятствующего сближению частиц. При достаточно высокой концентрации электролита барьер s устраняется, и преобладают силы притяжения, сближающие частицы при коагуляции.

Электростатическое отталкивание частиц связано с наличием на их поверхности двойного электрического слоя, который, таким образом, является фактором устойчивости коллоидной системы. Однако, существуют и иные причины устойчивости коллоидов. Так, устойчивость коллоидных систем с жидкой дисперсионной средой может быть обусловлена образованием на поверхности частиц достаточно развитых сольватных слоев из молекул дисперсионной среды, препятствующих слипанию частиц. По представлениям П.А. Ребиндера, наиболее сильным фактором стабилизации является структурно-механический барьер, возникающий на поверхности частиц. Он может состоять из насыщенных или близких к насыщению адсорбционных слоев ориентированных молекул поверхностно-активных веществ, белков, смол, образующих двухмерные структуры, обладающие механический прочностью.

Коагуляция лиофобных коллоидных систем наступает под влиянием повышения и понижения температуры, действия света, высокочастотных колебаний, встряхивания, перемешивания и других причин. Но наиболее важным фактором коагуляции таких систем является действие электролитов.

Работа 8. ИЗУЧЕНИЕ КОАГУЛЯЦИИ СИНТЕТИЧЕСКИХ ЛАТЕКСОВ

Цель работы: Изучение кинетики коагуляции бутадиенстирольного латекса (БСЛ) под действием электролита.

Натуральный и синтетический латексы являют собой типичный пример коллоидного состояния полимеров. Важное место в коллоидной химии латексов занимает проблема их агрегативной устойчивости и коагуляции. Агрегативная устойчивость синтетических латексов обусловлена существованием на поверхности латексных частиц адсорбционного слоя поверхностно-активного вещества. Если адсорбционный слой образован поверхностно-активным веществом, способным диссоциировать на ионы, то латексные частицы несут на своей поверхности электрический заряд и окружены двойным электрическим слоем ионов. Нарушение устойчивости и коагуляция латексов могут быть вызваны различными способами – введением электролитов, механическим воздействием, замораживанием и др.

Устойчивость синтетических латексов к коагулирующему действию электролитов целесообразно оценивать, рассматривая кинетику процесса коагуляции разбавленных латексов. Если ввести раствор электролита в сильно разбавленный (до концентрации 10^-3%) латекс, процесс коагуляции, благодаря малой концентрации частиц протекает достаточно медленно, и создается возможность проследить кинетику этого процесса. Это можно осуществить, применяя метод светорассеяния, т.е. периодически измеряя оптическую плотность коагулирующей системы. Типичная кривая кинетики коагуляции разбавленного латекса (кривая зависимости оптической плотности от времени коагуляции) представлена на рисунке 9. Процесс коагуляции, как видно из рисунка, протекает в две стадии. При введении электролита в латекс снижается величина энергетического барьера, препятствующего слипанию частиц, и начинается коагуляция. При этом наблюдается быстрый рост оптической плотности, благодаря увеличению размера частиц, рассеивающих свет. Рост оптической плотности и, следовательно, слипание частиц прекращается (или замедляется) в точке «а». Этим завершается первая стадия коагуляции, так называемая стадия первичной агломерации, далее следует индукционный период, в течение которого размер частиц почти не изменяется, после чего, начиная с точки «в», процесс переходит во вторую стадию, в ходе которой оптическая плотность уменьшается в связи с оседанием крупных агрегатов и осветлением системы.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ:

Готовят исходную дисперсию бутадиенстирольного латекса. Для этого в мерную колбу на 50 мл мерной пипеткой отбирают 1 мл латекса и доводят дистиллированной водой до метки.

Из исходной дисперсии готовят рабочую дисперсию. Для этого мерной пипеткой отмеряют 0.5 мл исходной дисперсии в мерную колбу на 25 мл. Дистиллированной водой доводят до метки.

Измерения оптической плотности производят на фотоэлектроколориметре КФК-2 со светофильтром λ = 590 нм. Для измерений используют две кюветы длиной 10 мм. В одну кювету наливают дистиллированную воду, устанавливают отсчет «100» по верхней шкале колориметра. В другую кювету наливают 1 мл рабочей дисперсии и 4 мл 1 М раствора CaCl₂. Включают секундомер. Сразу после смешивания снимают показания через 0.5, 1, 1.5, 2, 2.5, 4, 6, 8, 10, 15, 25, 45, 60, 80 минут. Все показания заносят в таблицу:

t (время), мин	D (оптическая плотность)

По полученным данным строят кривую зависимости оптической плотности от времени.

Делают выводы о характере кинетики коагуляции бутадиенстирольного латекса электролитом.

Работа 9. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОРОГА КОАГУЛЯЦИИ ОПТИЧЕСКИМ МЕТОДОМ