Суть метода электрического распыления материалов в

вольтовой дуге (метод Бредига) состоит в том, что через охлаждаемую дисперсионную среду пропускают электрический ток между электродами, изготовленными из материала, коллоидный раствор которого хотят получить. Таким методом в основном получают золи

металлов. В данном случае метод основывается только на физическом распылении металлов с последующей конденсацией паров. При введении в дисперсионную среду дополнительных реагентов (окислителей,комплексообразователей) возможно получение оксидов и других соединений металлов за счет протекания химических реакций.

Метод,изобретенный Г. Бредигом, может рассматриваться и как конденсационный метод.

КОНДЕНСАЦИОННЫЕ МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ.

ОЧИСТКА ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ

•Диспергационные методы, которые связаны с дроблением крупных частиц до желаемой дисперсности и широко используются для получения разнообразных дисперсных систем. В отличие от них конденсационные методы основаны на объединении молекул,

•атомов или ионов в агрегаты коллоидных размеров.

К конденсационным способам получения дисперсных систем относятся конденсация, кристаллизация и

десублимация. Они основаны на образовании новой фазы в условиях пересыщенного состояния веществ в газовой или жидкой среде. Необходимым условием конденсации является пересыщение и неравномерное распределение веществ в дисперсионной среде (флуктуации концентрации), а также образование центров конденсации или зародышей. При этом система из гомогенной переходит в гетерогенную. Конденсация и десублимация характерны для газовой, а кристаллизация – для жидкой среды.

Как и в случае диспергационных методов получения дисперсных систем, выделяют физическую, физико- химическую и химическую конденсацию.

Химическая конденсация – основной конденсационный метод,

основанный на проведении химических реакций, в результате которых из истинных растворов реагентов образуются малорастворимые вещества, формирующие частицы дисперсной фазы. Для химической конденсации могут быть использованы реакции всех типов: окисления- восстановления, гидролиза, обмена, замещения, нейтрализации и т. д.

Например, в процессе щелочного гидролиза получают золи гидроксида индия:

In(NO3)3 + 3 NaOH → In(OH)3 + 3 NaNO3.

По реакции двойного обмена получают золь иодида серебра: AgNO3 + NaI → AgI + NaNO3.

Среди основных физических методов конденсации выделяют

метод конденсации из паров и метод Рогинского – Шальникова.

В методе конденсации из паров параметры системы регулируют таким образом, чтобы давление паров вещества, из которого планируют получить дисперсную систему, превышало бы их равновесное давление; в результате возникает пересыщение, и из гомогенной системы выделяется новая фаза в виде микроскопических частиц, т. е. образуется дисперсная система. В качестве примера можно привести возникновение тумана. Как это происходит? В дневное время суток образуется насыщенный при данной температуре водяной пар, а при более низкой ночной температуре такой пар является уже пересыщенным и формируется новая фаза – взвешенные в воздухе капельки жидкости, которые мы называем туманом

Метод замены растворителя представляет собой физико-химический подход к получению дисперсных систем, основанный на том, что некоторые вещества хорошо растворяются в одной среде с образованием истинного раствора (канифоль в спирте, хлорид натрия в воде), а в других средах их растворимость гораздо ниже (канифоль в воде, хлорид натрия в бензоле). В таком случае при постепенном добавлении в воду раствора канифоли в спирте происходит образование водно- спиртовой смеси; при этом растворимость канифоли резко понижается и происходит образование коллоидного раствора канифоли.

.

Итак, используя один из многочисленных методов получения дисперсных систем можно синтезировать практически любое вещество в коллоидном состоянии.

Обладая избыточной энергией, мелкие частицы стремятся ее понизить за счет процессов адсорбции молекул или ионов из дисперсионной среды либо за счет диссоциации молекул или ионных группировок, расположенных на поверхности частиц дисперсной фазы В результате вокруг каждой частицы формируется

ионная атмосфера. Частица с ионной атмосферой является структурной единицей коллоидного раствора и называется мицеллой. Мицеллярное

строение наиболее характерно для золей,

суспензий и эмульсий.

Синтез золя по реакции AgNO3 + NaI → AgI + NaNO3 при соблюдении определенных условий (разбавленные растворы, интенсивное перемешивание) приводит к формированию AgI не в виде осадка, образованного крупными частицами, а

ввиде высокодисперсных (наноразмерных) частиц, которые называют агрегатами Избыточная энергия образовавшихся частиц приводит к тому, что на них стремятся

адсорбироваться молекулы воды и присутствующие

врастворе ионы

В общем случае при синтезе реагенты берутся не в строго эквивалентных соотношениях. Пусть в реакционной смеси имеется избыток AgNO3 по сравнению со стехиометрическим количеством. В результате реакции все имеющееся в системе количество иодид-ионов удаляется из раствора и переходит в нерастворимое соединение. Тогда в растворе остаются только ионы NO3

–, Ag+ и Na+. Возникает вопрос: какие

же именно ионы будут адсорбироваться на агрегате AgI? Теоретически, любые ионы, чей химический потенциал в растворе выше их потенциала

агрегата. Однако логично предположить, что наиболее «охотно» будут адсорбироваться именно те ионы, которые будут образовывать наиболее прочную связь с ионами, входящими в состав агрегата. Очевидно, что такими являются ионы, которые способны достраивать на поверхности частицы кристаллическую решетку нерастворимого соединения (насыщать оборванные связи на поверхности частицы). Описанная закономерность известна как

правило Панета – Фаянса. В результате достраивания решетки между адсорбированными ионами и агрегатом образуются прочные химические связи со значительной долей ковалентности. В данном примере такими ионами могут быть только ионы Ag+. В общем случае достроить решетку

нерастворимого соединения способны не только ионы, входящие в состав соединения, но и другие ионы, которые близки по свойствам и размерам (изоморфны) адсорбирующимся ионам (например, ионы Mg2+ и Sr2+ изоморфны ионам Ca2+, а ионы I– и Br– изоморфны иону Cl–).

Таким образом, ионы Ag+ прочно связываются с агрегатом и, будучи заряженными, придают заряд и агрегату (равный произведению заряда иона на количество ионов). Поэтому такие ионы называются потенциалопределяющими (ПОИ), т. е. они определяют заряд ядра (ядром мицеллы называют агрегат с потенциалопределяющими ионами).

Ядро мицеллы имеет значительный заряд и притягивает из раствора противоположно заряженные ионы (противоионы). В данном случае это ионы NO3

–. Противоионы в мицелле образуют два слоя, которые различаются по силе их притяжения к ядру – относительно плотный адсорбционный слой противоионов (в котором реализуется достаточно сильное электростатическое взаимодействие противоионов с зарядом ядра) и более удаленный от ядра диффузный слой («размытый») (в котором противоионы притягиваются к ядру намного меньше вследствие ослабления (экранирования) заряда ядра противоионами адсорбционного слоя). Противоионы адсорбционного слоя вместе с ядром образуют единую структуру относительно постоянного состава – коллоидную частиц