625

Факторы устойчивости коллоидных систем:

1.Электростатический фактор – уменьшение межфазного натяжения вследствие возникновения ДЭС на поверхности частиц за счет электролитической диссоциации или адсорбции электролитов.

2.Адсорбционно-сольватный фактор – уменьшение межфазного натяжения при взаимодействии частиц дисперсной фазы со средой вследствие адсорбции и сольватации. Молекулы растворителя, адсорбируясь на поверхности частиц дисперсной фазы, препятствуют их слипанию.

3.Энтропийный фактор – стремление дисперсной фазык равномерному распределению по объему системы.

4.Структурно-механический фактор. Приидобавлении к дисперсной системе поверхностно-активных веществ (ПАВ) ли ВМС они адсорбируются на поверхности разделадобразуют адсорбционные слои, которые обладают упругостью и механ ческой прочностью, что предотвращает слипание частица.

5.Гидродинамический фактор сниж ет скорость коагуляции благодаря изменению вязкости средыби плотности дисперсионной среды и дисперсной фазы.

Коагуляция – ипроцесс слипания коллоидных частиц с образованием более крупных агрегатов. Коагуляция сопровождается потерей агрегативнойСустойчивости и последующей потерей кинетической устойчивости. Коагуляция в разбавленных системах приводит к потере седиментационной устойчивости и расслоению фаз.

Коагуляция представляет собой сложный процесс, включающий

несколько стадий. Первый этап коагуляции состоит в сближении частиц дисперсной фазы и взаимной их фиксации на небольших расстояниях друг от друга. Между частицами остаются прослойки дисперсионной среды. На этом этапе уже возникают коагуляционные структуры, но частицы могут достаточно свободно перемещаться относительно друг друга.

На следующем этапе коагуляции происходит разрушение прослоек среды и взаимодействие частиц с образованием более

21

крупных. Процесс образования агрегатов из нескольких частиц, разделённых прослойками дисперсионной среды, называется

флокуляцией.

Коагуляция дисперсных систем определяется соотношением энергий притяжения и отталкивания частиц дисперсной фазы. Энергия притяжения Unp обусловлена межмолекулярными взаимодействиями (в основном силами Ван-дер-Ваальса). Энергия отталкивания Uотт связана с расклинивающим давлением.

Процесс коагуляции лиофобных золей в отсутствие адсорбционно-сольватного фактора устойчивости рассматривается теорией ДЛФО, названной так по именам ее создателей Б.В. Дерягина и Л.Д. Ландау, Э. Фервея и Дж.Т. Овербека. Согласно этой теории, в

- механические воздействия (перемешивания); - объединение коллоидных систем с противоположным зарядом

гранул; - добавление электролита.

Наиболее важным и изученным фактором коагуляции является действие электролита. Очень чувствительны к воздействию электролитов лиофобные золи, которые теряют свою устойчивость и разрушаются при добавлении даже небольших их количеств.

Коагулирующее действие на золь оказывают ионы, имеющие заряд, противоположный заряду коллоидной частицы. Оно тем выше, чем больше заряд иона-коагулятора.

22

Установлены следующие эмпирические закономерности воздействия электролитов – правила коагуляции.

1.Правило знака заряда. Любой электролит может вызвать коагуляцию дисперсной системы. Характер протекания определяется зарядом этой частицы.

2.Каждый электролит способен вызвать коагуляцию данного золя и мерой является порог коагуляции γ – это минимальная

концентрация электролита, приводящая к коагуляции коллоида за определенный промежуток времени. Из теории ДЛФО следует, что порог коагуляции определяется следующим уравнением:

где С – const; ε – диэлектрическая постоянная; A – константа

пропорциональна шестой степени величины заряда коагулирующего иона. Из чего следует, что соотношение пороговых концентраций для ионов разного заряда

Трёхвалентный ион почти в 1000 раз эффективнее одновалентного иона.

На практике пороговая концентрация электролита определяется по следующей формуле:

23

где V1 – объём электролита, добавляемый в коллоидный раствор и необходимый для начала коагуляции; V2 – начальный объем коллоидного раствора; С – концентрация электролита в добавляемом растворе.

4. Лиотропные ряды. Если коагулирующие ионы имеют одинаковый заряд, то большее коагулирующее действие будет иметь ион с большим радиусом (с меньшей степенью гидратации). В ряду неорганических ионов одинаковой зарядности коагулирующая активность увеличивается с уменьшением гидратации.

противоположные заряды част ц. В таких случаях полная коагуляция наступает, когда общий заряд частиц одного коллоида точно соответствует противоположному заряду другого. В противном случае образуется новый золь, частицы которого несут заряд того из коллоидов, чей заряд оказался в избытке.

Способы защиты коллоидных растворов от коагуляции.

Устойчивость коллоида к воздействию электролитов можно значительно повысить добавлением к нему поверхностно-активных высокомолекулярных веществ, изменяющих поверхностные свойства коллоидных частиц. При этом поверхность частиц становится гидрофильной и золь приобретает дополнительную стабильность. Степень защитного действия вводимого в раствор вещества зависит от его природы и природы защищаемого золя.

24

Затем содержимое пробирок хорошо перемешать и через 30 мин

где С − молярная концентрация электролита; VЭЛ − наименьшее число миллилитров раствора электролита, достаточное для коагуляции золя; VЗ – объем золя; VH2O – объем воды.

2.1. Приготовить золь берлинской лазури. К 100 см3 0,01%-ного раствора желтой кровяной соли K4[Fe(CN)6] прибавить 2%-ного раствора хлорида железа FеCl3 10 см3. Получить отрицательный синий золь берлинской лазури Fe4[Fe(CN)6]3.

26

2.2. В двенадцать пробирок налить по 5 см3 золя берлинской лазури, указанное количество дистиллированной воды и раствора электролита (табл. 6). Затем содержимое пробирок хорошо перемешать и через 30 мин отметить, в каких пробирках наблюдаются явная коагуляция (помутнение) и седиментация.

2.3. Вычислить порог коагуляции, моль/дм3, для каждого электролитапо формуле (8). Определить коагулирующее действие каждого электролита. Результаты занести в табл. 7.

По результатам опыта сделать заключение о выполнении правила Шульца – Гарди.

27

необходим для коагуляции золя без добавления желатина. Отметить, произошла ли коагуляция.

4.3. В другой пробирке к 10 см3 золя, защищенного 1 см3 желатина, добавить небольшое количество сухого порошка сульфата аммония, нарушающего устойчивость раствора. Описать происходящие при этом явления.

Опыт № 5. Очистка воды методом коагуляции

В шесть пробирок налить по 10 см3 мутной воды и золь

Лабораторная работа № 4

ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССА АДСОРБЦИИ

План коллоквиума

1.Сорбция, виды сорбции: адсорбция, абсорбция, капиллярная конденсация.

2.Адсорбция, адсорбат и адсорбент. Виды адсорбции: физическая и химическая адсорбция, обменная адсорбция.

3.Удельная поверхность адсорбента.

4.Количественное описание процесса адсорбции.

29

5. Адсорбция на границе раздела «жидкость – газ». Уравнение Гиббса. Поверхностная активность.

6. Поверхностно-активные и поверхностно-инактивные вещества. Правило Дюкло – Траубе.

Теоретические основы выполнения работы

Сорбцией (от лат. «sorbeo» – поглощаю, втягиваю) называют

только на поверхностном слое, но и в объеме сорбента (растворение газа в жидкости). и

Капиллярная конденсац я – ожижение паров в микропористых сорбентах, происход т вследствие того, что давление паров под вогнутым менискомСж дкости в смачиваемых ею узких капиллярах меньше, чем давление насыщенного пара над плоской поверхностью жидкости при той же температуре.

Адсорбция – это самопроизвольное концентрирование вещества на поверхности раздела фаз, происходящее за счет притяжения молекул из объёма и удерживания их на поверхности. Вещество, адсорбируемое на границе раздела фаз, называется адсорбатом, адсорбирующее его твердое или жидкое тело, − адсорбентом. Адсорбция происходит на любых межфазных поверхностях, адсорбируются любые вещества.

Процессы адсорбции в соответствии с типом взаимодействия адсорбата и адсорбента классифицируют: физическая адсорбция, химическая адсорбция (или хемосорбция) и обменная адсорбция.

30