В истинных растворах не происходит рассеивания света. Частицы в грубодисперсных системах отражают свет, их величину и форму часто можно установить без оптического увеличения.

3.4.1 Строение коллоидной частицы. При взаимодействии водных растворов нитрата серебра и иодида калия продуктами реакции являются осадок иодида серебра и растворимая соль нитрат калия:

AgNO₃ + KJ = AgJ + KNO₃.

Но данную реакцию можно провести так, что получится тонкая взвесь иодида серебра – коллоидный раствор – дисперсная система, структурными единицами которой будут являться т. н. коллоидные частицы (гранулы), а дисперсионной средой явлается водный раствор нитрата калия; данная гетерогенная система способна достаточно долго сохранять равномерное распределение частиц дисперсной фазы в дисперсионной среде.

Рассмотрим случай, когда к избытку KJ будем приливать мелкими порциями AgNO₃.

Агрегат твердых частиц mAgJобладает избыточной поверхностной энергией. Для того чтобы ее уменьшить, он адсорбирует находящиеся в жидкой дисперсионной среде одноименные ионы, в нашем случае – этоnJ^–, и приобретает электрический заряд. Поэтому ионыnJ^– называются зарядообразующими (или потенциалопределяющими). Агрегат и адсорбированные зарядообразующие ионы образуют ядро коллоидной частицы, которое притягивает к себе из среды противоионы, т. е.K⁺. Противоионы гидратированы, и поэтому вместе с ними в коллоидную частицу приходит вода, молекулы которой создают гидратную оболочку.

Таким образом, возникает двойной электри­ческий слой (ДЭС), состоящий из ионов на поверхности (потенциалопределяющих ионов) и из компенсирующих заряд поверхности ионов (противоионов) в растворе (рисунок 6); при­чем часть противоионов находится в прилегающем к по­верхности и прочно связанном с ней адсорбционном слое – (n–x)K⁺·yH₂O, а другая часть – в диффузном слое, удаленном от поверх­ности –xK⁺·zH₂O.

Рисунок 6 – Двойной электрический слой мицеллы золя

Частицу дисперсной фазы вместе с двойным электрическим слоем называют мицеллой; она является нейтральной.

В общем виде строение мицеллы {[mAgJ·nJ^–·(n –x)K⁺·yH₂O]^{x –}+xK⁺ ·zH₂O}^o

можно представить так:

{ агрегат потенциалопределяющие ионы противоионы } противоионы

|_ mAgJ____| |______nJ^–__________________| |n –x)K⁺ ·yH₂O| |_xK⁺ ·zH₂O_|

|_________________________________________| диффузный слой

ядро

|_____________________________________________|

адсорбционный слой

|___________________________________________________________|

коллоидная частица

|____________________________________________________________________________|

мицелла

Если приготовить золь, приливая мелкими порциями KJ к избытку AgNO₃, то образуются коллоидные частицы иного строения (рисунок 7). Ядро то же, что в первом случае, – mAgJ. Одноименными ионами из раствора и поэтому потенциал-определяющими будут являться катионы Ag⁺ (они в избытке). Соответственно, противоионами из среды – NO₃^–. В гидратированном виде последние формируют адсорбционный и диффузный слои. Заряд коллоидной частицы – х⁺. Мицелла имеет вид:

{[mAgJ·nAg⁺·(n –x)NO₃^– ·yH₂O]^х+ + xNO₃^– ·zH₂O}^o.

а) – при избытке KJ; б) при избытке AgNO₃

Рисунок 7 – Схема строения коллоидной мицеллы золя

При движении частицы в растворе происходит разрыв мицеллы на две части: твердую частицу с противоионами адсорбционного слоя, называемую коллоидной частицей, и противоионы диффузного слоя. Границу, по которой про­исходит разрыв мицеллы, называют границей скольжения. Плоскость скольжения, как правило, не совпадает с гра­ницей, разделяющей адсорбционный и диффузный слои, а несколько смещена от нее в сторону раствора. Электриче­ский потенциал на плоскости скольжения называется элек­трокинетическим или дзета-потенциалом.

3.4.2 Электрокинетические свойства коллоидных растворов. Наличием на частицах дисперсной фазы ДЭС обусловле­ны электрокинетические свойства коллоидных растворов: электроосмос, электро­форез.

Перенос частиц дисперсной фазы в электрическом поле к электроду, знак заряда которого противоположен знаку заряда частицы, называется электрофорезом.

Электроосмос – это течение жидкости через капиллярные системы под влиянием разности потенциалов. В случае электроосмоса подвижны гидратированные противоионы, которые увлекают прилегающие к ним слои воды. И так называемый электроосмотический перенос частиц дисперсионной среды направлен к электроду, имеющему тот же знак, что и поверхность капилляра.

Интенсивность всех электрокинетических явлений оп­ределяется значением дзета-потенциала. Введение в золь растворов электролитов приводит к изменению строения ДЭС и, как следствие, значения дзета-потенциала.