Цель работы
▪ Изучить классификацию, методы получения и характерные свойства гетерогенных дисперсных систем.
▪ Установить причины устойчивости и условия коагуляции коллоидных систем.
Теоретические сведения
Гетерогенными называются системы, состоящие из двух (или более) веществ, в которых дисперсная фаза распределена в непрерывной дисперсионной среде.
В отличие от истинных растворов (молекулярных и ионных), являющихся однофазными, равновесными, термодинамически устойчивыми, гетерогенные дисперсные системы (двух- и более фазные) принципиально неустойчивы, однако некоторые из них длительное время могут сохранять устойчивость и не разрушаться.
Причиной принципиальной неустойчивости гетерогенных дисперсных систем (ГДС) является большая свободная поверхностная энергия:
ΔG = σ ∙ S, (11.1)
где σ – удельная свободная поверхностная энергия, называемая поверхно-
стным натяжением на границе раздела: жидкость – газ;
S – общая площадь поверхности всех частиц дисперсной фазы.
Свободная поверхностная энергия самопроизвольно стремится к уменьшению. Если это происходит за счёт уменьшения площади поверхности частиц дисперсной фазы (слипание частиц), то ГДС разрушается.
С другой стороны, уменьшение ΔG за счёт уменьшения поверхностного натяжения приводит к стабилизации ГДС. Это наблюдается за счёт самопроизвольного процесса адсорбции ионов и молекул на границе раздела фаз. Адсорбция – преимущественное концентрирование веществ в поверхностном слое по сравнению с объемом. Вещества, снижающие свободную поверхностную энергию за счёт адсорбции, называются поверхностно-активными (ПАВ).
Органические ПАВ имеют дифильное строение: их молекулы содержат полярные группы (-ОН, -COONa, -NH2 и др.) и достаточно большой углеводородный радикал (рис. 11.1).
-
гидрофобная часть молекулы –
углеводородный радикал R
гидрофильная часть
(– OH, – COONa, –NH2 и др.)
Рис. 11.1. Схема строения молекулы поверхностно-активного вещества
Адсорбция ПАВ влияет на смачивание твёрдой поверхности жидкостью.
ПАВ, имеющие в своём составе гидрофильные и гидрофобные группы, располагаются на межфазной поверхности в соответствии с правилом уравнивания полярностей, таким образом, чтобы полярная часть молекулы была обращена к полярной фазе, а неполярная часть – к неполярной (рис. 11.2).
вода (п) бензол (нп) воздух (нп)
Уголь(нп) глина (п) вода(п)
Молекулы пав обозначены общепринятым символом
Рис. 11.2. Схема адсорбции ПАВ на полярной (п) и неполярной (нп) поверхности
Все полярные гидрофильные поверхности должны хорошо адсорбировать ПАВ из неполярных или слабополярных жидкостей и наоборот.