Молекулы пав обозначают следующим символом:

полярная часть

неполярная часть

ПАВ располагаются на межфазной поверхности следующим образом: полярная часть молекулы ПАВ при адсорбции обращена к полярной фазе, а неполярная – к неполярной:

вода углеводороды воздух

/ / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / /

уголь глина вода

Особую роль в ГДС отводят коллоидным растворам (размер частиц дисперсной фазы 10^–9 ≤ а ≤ 10^–7 м), которые называются золями. Коллоидные системы можно получить двумя противоположными методами – диспергированием (дроблением вещества до размера коллоидных частиц) и конденсацией (переходом молекулярных и ионных растворов в коллоидные), например проведением реакций обмена, сопровождающихся получением труднорастворимых веществ.

Различают кинетическую и агрегативную устойчивость коллоидных систем. Кинетическая устойчивость обусловлена малым размером коллоидных частиц, находящихся в броуновском движении.

Под агрегативной устойчивостью понимают сохранение системой присущей степени дисперсности. Основными факторами агрегативной устойчивости являются одноименный электрический заряд коллоидных частиц и структурно-механический барьер, обусловленный защитными свойствами адсорбционных слоев, их гидратацией.

При снятии стабилизующего барьера происходит потеря агрегативной устойчивости, которая приводит к укрупнению частиц, их слипанию. Этот процесс называется коагуляцией. Коагуляция вызывает нарушение кинетической устойчивости и расслоение системы на две сплошные фазы. Явная коагуляция называется седиментацией – оседание частиц под действием силы тяжести.

Коагуляция может быть вызвана различными факторами, наиболее важным из них является действие электролита. Минимальная концентрация электролита, вызывающая коагуляцию, называется порогом коагуляции (ПК).

Решение типовых задач

Задача 1. Золь AgI получен в результате реакции взаимодействия нитрата серебра с избытком йодида калия. Определите заряд частиц образовавшегося золя, и напишите формулу его мицеллы.

Решение. При смешивании растворов AgNO₃ и KI происходит реакция:

AgNO₃ + KI → AgI + K NO₃,

избыток нерастворимое

соединение

Ag⁺ + NO₃^– + K⁺ + I^– → AgI + K⁺ + NO₃^–

На поверхности агрегата лиофобной мицеллы адсорбируются преимущественно те ионы, которые имеют с ним общие химические элементы (правило Фаянса), или образуют труднорастворимое соединение с ионами. В растворе имеется избыток KI, следовательно, образовавшиеся агрегаты m(AgI) адсорбируют на своей поверхности потенциалопределяющие ионы I ^–, которые определяют отрицательный заряд коллоидных частиц золя. Противоионами являются ионы K⁺. Формула мицеллы золя иодида серебра при условии избытка KI:

|– агрегат –|

{[ m (AgI) nI ^– (n-x) K⁺]^{х –} x K⁺}⁰,

|_____ядро____| адсорбционный диффузный

слой слой

|____коллоидная частица_______|

{ ____________ мицелла _______ }

где n – количество потенциалопределяющих ионов;

(n-x) – количество противоионов адсорбционной части двойного электрического слоя;

x – количество противоионов диффузной части двойного электрического слоя.

Если в растворе будет избыток AgNO₃, то потенциалопределяющими будут ионы Ag⁺, которые определят положительный заряд коллоидной частицы йодида серебра; противоионами – ионы NO₃^–. Формула мицеллы золя йодида серебра при условии избытка AgNO₃ может быть представлена как:

{[m (AgI) nАg⁺ (n-x) NO₃^– ] ^х+ x NO₃^–} ⁰.

Задача 2. Определите заряд коллоидных частиц кремниевой кислоты, если он обусловлен диссоциацией поверхностного слоя частиц. Напишите формулу мицеллы кремниевой кислоты и изобразите схему строения мицеллы.

Решение. Под действием полярных молекул воды происходит диссоциация молекул кремниевой кислоты поверхностного слоя агрегата, и частицы золя приобретают отрицательный заряд. Противоионами являются ионы Н⁺.

H₂SiO₃  Н⁺+ HSiO₃^–.

Формула мицеллы кремниевой кислоты –

{[m(H₂SiO₃) nHSiO₃^–(n-x)H⁺]^х–xH⁺ }.

Задача 3. Положительно заряженный золь Fe(OH)₃ получен в результате полного гидролиза хлорида железа (III). Какой из предложенных электролитов-коагулянтов – NaCl, Na₂SO₄, Na₃PO₄ – более эффективен при коагуляции золя? Напишите формулу мицеллы, укажите ее составные части.

Решение. Полный гидролиз хлорида железа (III) можно представить молекулярным и ионно-молекулярным уравнениями:

FeCl₃ +3H₂O → Fe(OH)₃+3HCl

Fe⁺³ + 3Cl ^– + 3H₂O → Fe(OH)₃+3H⁺ + 3Cl ^–.

Ядро мицеллы Fe(OH)₃ составляет агрегат m(Fe(OH)₃) с адсорбированными им ионами Fe³⁺. Противоионами являются ионы Сl ^–.

Формула мицеллы:

|– агрегат –|

{[m(Fe(OH)₃) nFe³⁺ 3(n - x) Cl ^–]³⁺ 3x Cl ^–}⁰.

|______ядро_____| адсорбционный диффузный

слой слой

|______коллоидная частица_________|

{ _________________________мицелла ______________}

Коагулирующий ион имеет знак заряда, противоположный знаку заряда коллоидной частицы, и чем он больше, тем сильнее его коагулирующее действие (правило Шульце−Гарди), а, следовательно, меньше порог коагуляции (ПК). Поскольку золь Fe(OH)₃ заряжен положительно, то коагулирующими ионами являются Cl ^–, SO₄^2–, PO₄^3–.

^{ПК обратно пропорционален шестой степени заряда коагулирующего иона:} С^I_К^: С^II_К^: С^III_К ^{= 1: (1/26) : (1/36) = 1: 0,016 : 0,0014,}

^где С^I_К^, С^II_К^, С^III_К^{− порог коагуляции одно-, двух-, трехзарядных ионов.}

Наиболее эффективен при коагуляции, таким образом, фосфат натрия, и его порог коагуляции самый низкий.