2.5. Оптические свойства коллоидных систем

Размер коллоидных частиц лежит в пределах 10^-9-10^-7м и именно в связи с такой высокой степенью дисперсности гетерогенность коллоидных растворов нельзя обнаружить с помощью обычного микроскопа. Если наблюдать коллоидные растворы в проходящем свете, то они окажутся совершенно прозрачными, но при боковом освещении они оставляют на пути прохождения пучка света на темном фоне световой след. Образующийся световой конус получил название конуса Тиндаля, а само явление – эффект Фарадея–Тиндаля (рис. 2).

Рис.2. Эффект Фарадея-Тиндаля.

Образование расходящегося светового конуса можно также увидеть на темном фоне неба, от луча солнечного света, проникшего в темную запыленную комнату.

В истинных растворах низкомолекулярных веществ рассеяние света ничтожно мало, поэтому при освещении их световой конус не наблюдается. Эффект Фарадея-Тиндаля позволяет решить вопрос, является ли данный раствор коллоидным или истинным.

2.6. Строение коллоидных частиц

Коллоидная частица имеет сложное строение. Она включает в себя ядро, адсорбированные ионы, противоионы и растворитель.

Рассмотрим процесс образования гидрозоля и строение его дисперсных частиц на примере гидрозоля AgCl.

Этот гидрозоль образуется при медленном приливании водного раствора NaCl к водному раствору AgNO₃, взятому в избытке. Если ввести сразу большую порцию раствора NaCl, то мгновенно выпадает осадок AgCl и золь не получится. При постепенном введении раствора NaCl в раствор AgNO₃ в системе в первый момент образуются кристаллические агрегаты (AgCl)_n из ионов Ag⁺ и Cl^-. Агрегаты (AgCl)_n адсорбируют на своей поверхности те ионы, которые составляют кристаллическую решетку и находятся в растворе в избытке. Этим условиям отвечают ионы Ag⁺. В результате адсорбции ионов Ag⁺ кристаллические агрегаты хлорида серебра приобретают положительный заряд.

Ионы, адсорбирующиеся на поверхности кристаллического агрегата, называют потенциалопределяющими. Наличие одноименных зарядов на агрегатах препятствует их объединению и росту кристаллов AgCl. Агрегаты AgCl с адсорбированными на их поверхности ионами приобретают состояние агрегативной устойчивости.

Кристаллический агрегат (AgCl)_n вместе с потенциал- определяющими ионами Ag⁺ составляет ядро. К заряженному ядру притягиваются ионы противоположного заряда – противоионы. Для данной системы раствор AgNO₃ - кристалл AgCl противоионами будут нитрат-ионы NO. Противоионы, непосредственно примыкающие к ядру, образуют адсорбционный слой противоионов. За этим слоем следует диффузный слой тех же противоионов.

Ядро вместе с противоионами адсорбционного слоя составляет коллоидную частицу, или гранулу. Коллоидная частица совместно с противоионами диффузного слоя называется мицеллой. Коллоидная частица всегда заряжена, знак заряда соответствует знаку заряда потенциалопределяющих ионов; мицелла в отличие от гранулы электронейтральна.

Строение мицеллы гидрозоля хлорида серебра представлена на рис.3. Формула мицеллы гидрозоля хлорида серебра записывается так:

(в фигурные скобки заключена гранула). Ионы, указанные за фигурными скобками, составляют внешнюю часть мицеллы. Эти ионы под действием электрического поля отрываются от мицеллы, и к отрицательно заряженному электроду будет передвигаться гранула, заряд которой определяется ионами серебра, входящими в ядро.

Строение мицеллы и заряд гранулы зависят от способа получения коллоидного раствора. Если взять избыток NaCl, то на поверхности агрегата будут адсорбироваться хлорид-ионы, имеющиеся в растворе, а в качестве противоионов адсорбционного и диффузного слоев будут выступать ионы натрия