Методы получения золей

Гидрофобные золи получают 2-мя методами:

I метод диспергирования или дисперсионный (дробление);

II метод конденсации (укрупнения).

Методы диспергирования осуществляются путем механического, электрического или ультразвукового дробления веществ до размеров коллоидных частиц. Для этих целей используют специальные коллоидные мельницы.

Конденсационные методы основаны на переходе молекулярных и ионных растворов в коллоидные путем образования труднорастворимых веществ в результате химических реакций или изменения физических условий среды.

К методам конденсации относятся:

1) химические методы (гидролиз, реакция двойного обмена, окисление-восстановление);

2) методы замены растворителя, когда дисперсионная среда, в которой вещество дисперсной фазы образует молекулярный раствор, заменяется средой, в которой вещество нерастворимо.

Получение золей методом химической конденсации

1. Реакции обмена:

AgNO₃ + KI = AgI + KNO₃

4 FeCl₃ + 3 K₄[Fe(CN)₆] = Fe₄[Fe(CN)₆]₃ + 12 KCl

2) Гидролиз соли: FeCl₃ + 3 H₂O = Fe(OH)₃ + 3 HCl

При получении золей методом химической конденсации соблюдаются следующие условия:

1) золи получают при смешивании очень разбавленных растворов реагирующих веществ (например, AgI), т.к. при более высокой концентрации в эквивалентных количествах образуются осадки;

2) для получения золя необходим стабилизатор. При химических методах получения коллоидных систем в качестве стабилизатора выступают продукты реакции.

Строение коллоидной мицеллы Рассмотрим строение мицеллы AgI в избытке ki:

AgNO₃ + KI _изб. → АgI ↓ + KNO₃

Если одно из исходных веществ взято в небольшом избытке, то оно служит стабилизатором, т.е. сообщает устойчивость коллоидным частицам AgI. Коллоидная частица имеет сложную структуру и состоит из агрегата (совокупность большого количества молекул). Ионы I^- будут продолжать достраивать кристаллическую решетку агрегата, сообщая ему электрический заряд. Этот ион называется потенциалопределяющим ионом (ПОИ). Затем начинают адсорбироваться противоионы К⁺ (ПРИ). Основная часть всех противоионов, адсорбированная на ядре коллоидной частицы, образует вместе с пои адсорбированный слой, а часть противоионов (10%) уходят в объем растворителя и образуют диффузный слой.

Схематически строение мицеллы AgI при избытке KI выразится так:

{m (AgI)^. n I‾ ^. (n – x) K⁺}^xˉ ^. x K⁺

агрегат пои при диффузный

слой

ядро

адсорбционный

слой

коллоидная частица

мицелла (электронейтральна)

Коллоидная частица с диффузным слоем образует мицеллу: m – число молекул иодида серебра в ядре

n – число потенциалопределяющих ионов I‾

(n – x) – число связанных противоионов К⁺, входящих в адсорбционный слой

х – число ионов К⁺, входящих в диффузный слой.

Коагуляция лиофобных золей

КОАГУЛЯЦИЯ – процесс укрупнения коллоидных частиц за счет слипания под влиянием молекулярных сил притяжения.

Этому процессу препятствует наличие у коллоидных частиц одноименного заряда. Чтобы вызвать коагуляцию золя, необходимо нейтрализовать заряд коллоидной частицы, тогда частицы будут сталкиваться и слипаться. Коагуляцию золя можно вызвать различными способами, легче всего при помощи электролитов.

При коагуляции золей электролитами происходит сжатие диффузного слоя, что позволяет коллоидным частицам подходить друг к другу на расстояние, на котором уже действуют силы межмолекулярного притяжения.

Различают 2 стадии коагуляции: скрытую и явную. При явно коагуляции изменяется окраска золя за счет укрупнения частиц, появляется муть, а дальше происходит седиментация – свободное оседание агрегатов коллоидных частиц под действием силы тяжести.

Для наступления явной коагуляции концентрация электролита должна быть равна или больше порога коагуляции золя.

Коагулирующая способность электролитов характеризуется ПОРОГОМ КОАГУЛЯЦИИ (γ_с), т.е. минимальной концентрацией электролита в милимолях на 1 л золя, при которой начинается явная коагуляция. Обратная величина порога коагуляции называется КОАГУЛИРУЮЩИМ ДЕЙСТВИЕМ (1/γ_с).

Коагулирующим действием обладает только тот ион электролита, который имеет заряд, противоположный заряду коллоидной частицы.

Например, на положительно заряженный золь железа гидроксида коагулирующее действие оказывают анионы, а на отрицательно заряженный золь Fe₄[Fe(CN)₆]₃ (берлинской лазури) – катионы.

Коагулирующая способность иона тем больше, чем выше его валентность.

ПРАВИЛО ШУЛЬЦЕ-ГАРДИ (правило значности) гласит: из 2-х ионов электролита коагулирующим действием обладает тот, знак которого противоположен знаку заряда коллоидных частиц, причем это действие тем сильнее, чем выше валентность коагулирующего иона.

Зависимость между порогом коагуляции (γ_с) и валентностью (Z) коагулирующего иона выражается уравнением:

где γ_с – порог коагуляции

Z – валентность

а – коэффициент пропорциональности.

По теории Дерягина, порог коагуляции изменяется обратно пропорционально валентности коагулирующего иона в шестой степени:

6. вопросы ДЛЯ САМОконтроля знаний:

1. Записать формулы мицелл золей, полученных при реакциях обмена:

CaCl₂ + Na₂CO₃ → CaCO₃ + 2 NaCl

а) при избытке CaCl₂;

б) при избытке Na₂CO₃.

2. Какие ионы электролита-коагулятора будут коагулировать данный золь: K⁺, Na⁺, Ca²⁺, Cl‾, Al³⁺, [Fe(CN)₆]³‾, [Fe(CN)₆]⁴‾? Расположить выбранные ионы в лиотропные ряды.

3. Определите, к какому электроду должны перемещаться частицы золя, полученного по реакции при небольшом избытке H₂S:

2 H₃AsO₃ + 3 H₂S → As₂S₃ + 6 H₂O

4. Золь AgBr получен смешиванием 25 мл 0,008 н. раствора KBr и 18 мл 0,0096 н. раствора AgNO₃. Определить знак заряда частиц и написать схему строения мицеллы золя. Назвать составные части мицеллы.

7. ЛИТЕРАТУРА

основная:

1. Конспект лекций.

2. Ю.А. Ершов и др. "Общая химия", М., "Высшая школа", 2005, с. 491-526;

3. Захарченко В.Н. "Коллоидная химия", М., "Высшая школа", 1989 г., с. 81-158;

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ:

1. М.И. Равич-Щербо, В.В. Новиков "Физическая и коллоидная химия", М., 1975, стр. 175-187;

2. В.Н. Захаренко "Коллоидная химия", М., 1989, стр. 4-17, 102-106;

3. К.И. Евстратова "Практикум по физической и коллоидной химии", М., 1990, стр. 187-190, 199-200;

4. К.И. Евстратова и др. "Физическая и коллоидная химия", М., 1990, стр. 366-370, 396-440.

Авторы: Зав. кафедрой, доцент, к.х.н. Лысенкова А.В., доцент, к.х.н. Филиппова В.А., ст. преподаватели Прищепова Л.В., Чернышева Л.В., Одинцова М.В., ассистенты Короткова К.И., Перминова Е.А.

03.09.2010

9