4.4.1. Примеры мицелл гидрофобных золей в природе
В
природе в коллоидном состоянии широко
распространены сульфидные руды многих
элементов (
).
–важнейший
стабилизатор коллоидных
частиц сернистых минералов,
может диссоциировать по двум стадиям:
.
Показано,
что устойчивость коллоидных растворов,
стабилизированных
зависит от присутствия кислорода
воздуха. Так, при хранении золя сульфида
ртути без воздуха ее устойчивость
возрастает, что, по-видимому, объясняется
изменением состава мицеллы:
.
При
этом потенциалопределяющими ионами
являются в первом случае
,
во втором –
.
Коллоидный
карбонат кальция
в природе не устойчив и сравнительно
быстро переходит в метаколлоидные
формы. Предположив, что
образуется при обменной реакции:
.
Вероятное строение мицеллы можно представить следующим образом:
при избытке
:
,
при избытке
:
.
Золь сульфата бария образуется в природе при взаимодействии растворимых соединений бария с растворимыми сульфатами. Заряд коллоидной частицы обычно отрицателен:
,
стабилизатор:
.
Щелочные метасиликаты при гидролизе
образуют устойчивые золи кремниевой кислоты, которые в щелочных растворах имеют отрицательный заряд:
,
стабилизатор:
.
Возникновение двойного электрического слоя на поверхности ионностабилизированных частиц сообщает им электрический заряд. Последний может возникать также за счет диссоциации собственных частиц ионогенных групп.
Например, гидроксид алюминия, образующийся при обменных и гидролитических реакциях, легко пептизируется, т.к. на поверхности частиц возможна диссоциация по кислотному или основному типу в зависимости от рН грунтовых вод:
,
поэтому строение мицеллы определяет рН среды:
при рН < 7
;
при рН > 8,1
;
при 7 ≤ рН ≤ 8,1
,
значение электрокинетического потенциала равно нулю.
Другим
примером является золь
кремнезема
на поверхности частиц
,
построенных из
-тетраэдров
при взаимодействии с водой, когда
образуются силанольные группы:
Возникшее поверхностное соединение – поликремнекислота – способно к частичной диссоциации по кислотному типу:
.
Мицелла может быть представлена:
.
Вопросы и задания для самоконтроля
1. Что является причиной электрокинетических явлений?
2. Каким образом образуется двойной электрический слой?
3. Перечислите и охарактеризуйте основные теории строения ДЭС.
4. Что такое электрокинетический потенциал и где он возникает?
5. Каким образом можно количественно рассчитать величину электрокинетического потенциала?
6. Каково строение коллоидных мицелл?
7. Приведите примеры мицелл гидрофобных золей в природе.
Глава 5 устойчивость и коагуляция лиофобных дисперсных систем
5.1. Основные понятия и определения
Все
дисперсные системы условно делятся на
лиофильные – получаемые самопроизвольным
диспергированием и термодинамически
устойчивые и лиофобные дисперсные
системы – термодинамические
неустойчивые.
Несмотря на термодинамическую
неустойчивость (
),
многие лиофобные дисперсные системы
оказываются устойчивыми кинетически,
не изменяясь заметно с течение некоторого
времени (иногда десятилетиями). Рассмотрим
причины такого поведения лиофобных
дисперсных систем.
Устойчивость дисперсной системы – неизменность во времени ее основных параметров: дисперсности и равновесного распределения дисперсной фазы в дисперсионной среде.
Проблема устойчивости дисперсных систем является одной из важнейших в коллоидной химии. В одних случаях необходимо обеспечить предельно высокую устойчивость дисперсных систем (при получении аэрозольных препаратов, связующих материалов), в других – разрушить дисперсную систему (получение осадков, ликвидация кислотных туманов, очистка сточных вод). Устойчивость является проблемой «жизни и смерти» дисперсной системы и она должна быть управляемой.
Различают два вида устойчивости (по Пескову): агрегативную и седиментационную (кинетическую).
1. Агрегативная устойчивость – способность частиц дисперсной фазы оказывать сопротивлению их слипанию и тем самым удерживать определенную степень дисперсности (способность сохранять размер дисперсной фазы).
Решающим фактором в агрегативной устойчивости дисперсной системы является степень дисперсности частиц дисперсной фазы: чем она выше (чем меньше размер частиц), чем больше энергия их броуновского движения, тем выше агрегативная устойчивость. При нарушении агрегативной устойчивости происходит нарушение седиментационной устойчивости.
2. Седиментационная устойчивость – устойчивость дисперсной фазы по отношению к силе тяжести (способность дисперсной системы сохранять равномерное распределение частиц дисперсной фазы по объему дисперсионной среды).
Примером лиофобной дисперсной системы могут служить сточные воды. Сточные воды наряду с грубодисперсными (5–10 мкм) фракциями, удаляемых механическими способами в результате потери седиментационной устойчивости содержатся высокодисперсные фракции. В основе некоторых методов очистки сточных вод от высокодисперсных фракций загрязнений лежит явление потери агрегативной устойчивости в результате объединения частиц под влиянием специально вводимых коагулянтов и флокулянтов, добавление которых приводит к потере седиментационной устойчивости.
Нарушение седиментационной устойчивости может быть вызвано оседанием (седиментацией) частиц под действием их силы тяжести, приводящей к оседанию (или всплыванию) частиц дисперсной фазы. Это особенно характерно для грубодисперсных систем.