Моль экв/л

Устойчивость дисперсных систем

Отличительной чертой коллоидных систем является их неустойчивость, ведущая во многих случаях к выделению осадков от прибавления малых количеств электролитов и т.д.

Хотя все коллоидные системы в принципе являются системами неустойчивыми, однако практически все же можно говорить о различной степени их относительной устойчивости.

Н.П. Песков ввёл в науку о коллоидных системах понятия кинетической и агрегативной устойчивости.

Под кинетической устойчивостью имеется в виду свойство дисперсных частиц удерживаться во взвешенном состоянии, не седиментируясь, а распределяясь по высоте в соответствии с формулой Лапласа-Перрена:

где – число частиц в ед. объёма на высоте h от дна, n_о – число частиц в таком же объёме на дне; g – ускорение силы тяжести, k – постоянная Больцмана, Т – абсолютная температура, m – масса частицы, ρ₁ и ρ₂ – плотность частицы и среды.

Решающим фактором в кинетической устойчивости системы должна являться степень дисперсности дисперсной фазы: чем она выше, т.е. чем меньше размеры и масса частиц и, следовательно, чем больше энергия их броунского движения, тем выше кинетическая устойчивость. Повышение температуры, ведущее к усилению броуновского движения, является также фактором, увеличивающим кинетическую устойчивость.

Под агрегативной устойчивостью понимают способность частиц дисперсной фазы оказывать сопротивление их слипанию. Агрегативная устойчивость объясняется, с одной стороны, наличием у коллоидных частиц одноимённых зарядов, что мешает им соединяться в более крупные агрегаты. С другой стороны, агрегативная устойчивость коллоидных систем можно объяснить тем, что вокруг коллоидных частиц могут образоваться тесно связанные с ним сольватные оболочки из молекул растворителя.

Взаимная коагуляция золей

Цель работы – на примере золей оксогидроксида железа и берлинской лазури проследить за ходом взаимной коагуляции.

Приборы и реактивы: пробирки, штативы для пробирок, бюретки, золь FеO(ОН), золь берлинской лазури Fе₄[Fе(CN)₆]₃ (гексацианоферрат железа – «берлинская лазурь»).

При сливании золей с противоположно заряженными частицами происходит их электростатическое притяжение и как следствие агрегация частиц. Это явление получило название взаимной коагуляции. Например, для золей сульфида мышьяка (частицы имеют отрицательный заряд) необходимо прибавить золь оксогидроксида железа (положительный заряд частиц):

{[Аs₂S₃]_m n НS^- (n-х) Н⁺}^x- х Н⁺

{[FеO(ОН)]_m n Fе³⁺ (Зn-х)Сl^-}^x+ х Сl^-

Полная коагуляция происходит при определенном соотношении между золями. В основе взаимной коагуляции лежит химическое взаимодействие между стабилизирующими электролитами, поэтому полная нейтрализация заряда частиц золей наступает при их эквивалентном соотношении.

Выполнение работы. Готовят одиннадцать пронумерованных пробирок. В каждую из них из бюретки в соответствии с табл. 3 наливают золь оксогидроксида железа, частицы которого заряжены положительно. В качестве золя с отрицательно заряженными частицами используют золь берлинской лазури. Собранный фильтрат золя берлинской лазури разбавляют дистиллированной водой в 10-12 раз, наливают в бюретку. Затем этот золь вливают во все пробирки в количестве, указанном в табл. 3, т.е. столько, чтобы общий объем жидкости в каждой пробирке равнялся 10 мл. После каждого добавления раствора с противоположно заряженными частицами содержимое пробирки тщательно взбалтывают.

Через 30 мин после сливания растворов в таблице отмечают коагуляцию (полная, неполная) и цвет жидкости над осадком. Как видно из таблицы, десятая и одиннадцатая пробирки – контрольные, в остальных девяти будет происходить коагуляция.

Используемые золи, мл.	Номер пробирки
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
Золь оксогидроксида железа FeO(ОН)	9	8	7	6	5	4	3	2	1	0	10
Золь берлинской лазури Fe4[Fе(СN)6]з	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	0
Степень коагуляции
Окраска жидкости над осадком

Таблица 3.

Если в большинстве (или во всех) пробирок жидкость окрашена в цвет одного из золей, это указывает на относительно большую концентрацию этого золя. Разбавив этот золь при повторном опыте, получают полную взаимную коагуляцию.