Лекция 5

Тема: ДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ И РАСТВОРЫ.

Цель: Ознакомить студентов с понятием дисперсные системы, рассмотреть их свойства и способы получения.

1. Общая характеристика и классификация дисперсных систем.

2. Методы получения коллоидных растворов.

3.Электрические свойства коллоидных растворов.

Строение мицелл

1. Дисперсные системы (коллоиды, коллоидные растворы или золи) являются объектами изучения коллоидной химии.

Они состоят из прерывной фазы – дисперсной фазы и непрерывной фазы – дисперсионной среды. Занимают промежуточное место между истинными р-рами и суспензиями; коллоидные частицы имеют диаметр ≈ от 1 до 500 нм. Наиболее характерные свойства: молекулярно-кинетические, оптические, электрические.

Молекулярно-кинетические:

диффузия (необратимый самопроизвольный процесс выравнивания концентрации) и броуновское движение (самопроизвольное беспорядочное движение мелких частиц дисперсной фазы, находящихся во взвешенном состоянии в жидкости или газе; для коллоидных растворов это следствие теплового движения молекул д.с.).

Оптические:

дисперсные системы отражают проходимость света если размеры частиц дисперсионной фазы больше длины волны проходящего света – в грубодисперсных системах; поглощение света хар-но дляистинных и колл р-ров с высокой степенью дисперсности; рассеяние – при соизмеримых с дл.волны размерах ч-ц – у колл р-ров.

Электрические:

связаны с наличием заряда на поверхности колл ч-ц – электрофорез, электроосмос, коагуляция, устойчивость и т.д.

коллоидные растворы сост. из дисперсной фазы (растворенное вещество - концентрация меньше) и дисперсионной среды (растворитель – к-ция больше).

классификация дисперсных систем

1 – классификация по степени дисперсности (р-р колл ч-ц):

- грубодисперсные системы: р-мер ч-ц дисп фазы > 10^-5см – это суспензии /жидкость-тв ч-цы/, эмульсии /ж-ж/, аэрозоли /ж-газ/

- истинные колл р-ры: р-мер ч-ц 10^-5 – 10^-7см – колл ч-цы не осаждаются, их нельзя отделить от дисп среды обыч. методами – фильтров. и центриф.

- истинные р-ры: р-р частиц раств-го в-ва в р-рителе 10^-8 – 10^-9см

- р-ы высокомолекулярных соединений: промежут положение м-у высокодисперсными системами и истинно коллоидными р-рами; р-мер ч-ц в 3-5 раз больше, чем у низкомолекулярных соединений.

2– Кл-я по агрегатному состоянию в-ва дисперсионной среды д. среда-вода

1) жидкая дисперсионная среда: а) дисперсная фаза – твердая – лиозоли органозоли -

б) ж/ж д.ф. - жидкость→ эмульсии: молоко; в) г/ж д.ф. – газ – мин.воды. д.ср.-орг.в-во

2) газообразная д.с.: а) ж/г д.ф. –жидкость – аэрозоли; б) т/г д.ф. – тв.в-во – аэрозоли; в) г/г д.ф.- газ.

3) д.с. – твердое в-во: а) т/т д.ф. – тв.в-во – минералы, сплавы; б) ж/т и в) г/т - пористые или капиллярно-пористые тв.тела: грунты, стекла, пемза.

2. Методы получения коллоидных растворов.

2 основные гр. методов получ.колл р-ров: диспергационные и конденсационные.

Диспергационные основаны на измельчении всех частиц дисперсной фазы до размеров коллоидной степени дисперсионности - 10^-5 – 10^-7см. Диспергирование: механ., электр., колл мельницы, ультразвук, вакуумное напыление – все обыч.вар-ты дробления в-ва.

Конденсационные основаны на переходе молекулярных или ионных р-ров в колл - укрупнение частиц до р-меров 10^-5 – 10^-7см. Конденсация: метод замены р-рителя; с пом. реакций гидролиза, ок-восст, осаждения и т.д.

М-д пептизации – промежуточный м-у 2 первыми. Пептизация – переход в колл р-р осадков, образ. при коагуляции.

3. Электрические свойства коллоидных растворов.

Строение мицелл

В состав любой коллоидной частиц входит ядро. Согласно правилу Фаянса – Пескова, на ядре адсорбируются потенциал-определяющие ионы (ПОИ). За счет ПОИ коллоидные частицы в растворах могут приобретать + или – заряды. А в-во дисперсной среды несет противоположный заряд.

Если наложить постоянное электрическое поле, то происходит процесс передвижения колл. частиц и в-ва дисперсной среды к определенным противоположно заряженным электродам. По этому принципу происходят процессы электроосмоса и электрофореза.

Электрофорез – это процесс движения коллоидной частицы в постоянном электрическом поле.

Электроосмос – это процесс передвижения жидкости или вещества дисперсной среды под влиянием электрического поля. Процесс электрофореза используется при обезвоживании сырых шерстяных продуктов. Эти два явления были открыты в 1808 году Рейсом. Позднее были открыты еще два электрокинетических явления, противоположные электрофорезу и электроосмосу.

Эффект Дорка (потенциал оседания) – возникновении разности потенциалов при оседании коллоидных частиц в растворе.

Эффект Квинке (или потенциал течения) – возникновение разности потенциалов при протекании жидкости через плоскую диафрагму.

Известно 4 вида электрокинетических явлений. Причиной возникновения этих явлений считается возникновение Двойного электрического слоя ДЭС на границе раздела фаз.

Теория строения ДЭС по Гельмгольцу:

+ - На поверхности твердой частицы располагаются (ПОИ) (+), но в растворе

+ - будут еще располагаться (-), возникнет ДЭС, напоминающий обкладку

+ - конденсатора.

Строение ДЭС по Гуи – Чеплину: ө

+ ө

+ ө ө

+ ө

В теории Гуи Чеплина не учитываются размеры зарядов, и сейчас общепризнанна теория ДЭС по Штерну.

+ ө ө

+ ө ө

+ ө ө

+ ө ө

Адсорбционный слой Диффузный слой

На поверхности частицы – ДЭС, в диффузном слое также противоионы.

Строение коллоидной частицы.

Гидрофобные (лиофобные) коллоидные растворы – когда вещество дисперсной фазы инертно по отношению к дисперсной среде, а у гидрофильных коллоидных растворов может наблюдаться взаимодействие вещества дисперсной фазы с дисперсной средой.

Самодиспергирование возможно у гидрофильных коллоидных растворов в следствие повышения поверхностного натяжения растворов.

AgNO₃+KI→AgI↓+KNO₃

Для получения хороших золей берут средние концентрации веществ. Далее определяется стабилизатор (то вещество, которое берется в избытке), длопустим в данном случае - AgNO₃ : n AgNO₃→nAg⁺+NO₃^-

Cогласно правилу Фаянса – Пескова

{ [m AgI]n Ag⁺ (n-x)NO₃^- }^x+xNO₃^-

ядро ПОИ ПРИ(противоионы) ПРИ(диффузный рыхлый слой)

Коллоидная частица (в данном случае несет отрицательный) заряд, мицелла в целом электронейтральная. Идет перемещение коллоидных частиц по границам скольжения электролита. При добавлении (электролита) – коагуляция – происх. сжатие 2-ого электрического слоя (часть противоионов загоняется в плотный слой следовательно другое строение мицеллы.

{ [m AgI]n Ag⁺ nNO₃^- }⁰ – золь не устойчив.

Добавляют избыток Эл-та стабилизатора (KI).

AgNO₃+KI→AgI↓+KNO₃

nKI→nK⁺+nI^- : { [m AgI] nI^- (n-x)K⁺ }^x-xK^+- - частица несет (-) заряд.

Литература:

1. Ахметов, Н.С. Общая и неорганическая химия / Н.С.Ахметов. – 3-е изд. – М.: Высшая школа, 2000. – 743с.

2. Т.Браун. Химия – в центре наук / Браун.Т, Лемей Г.Ю. – М.: Мир, 1983. – тт. 1–2.

3. Карапетьянц М.Х. Общая и неорганическая химия / М.Х. Карапетьянц, С.И.Дракин. – М.: Высшая школа, 2002.

4. Коровин Н.В. Общая химия / Н.В.Коровин. – М.: Высшая школа, 2006. – 557 с.

5. Кузьменко Н.Е. Краткий курс химии / Н.Е. Кузьменко, В.В Еремин, В.А. Попков. – М.: Высшая школа , 2002. – 415 с.