Вопросы для самостоятельной подготовки и контроля

1. Чем отличается состояние вещества на границе раздела фаз и в глубине объема фаз?

2. Что такое поверхностное натяжение и в каких единицах оно выражается?

3. От чего зависит поверхностное натяжение?

4. Что называется поверхностной активностью?

5. Какие методы используются для определения поверхностного натяжения жидкостей на границе жидкость – воздух?

6. На чем основано измерение поверхностного натяжения жидкостей методом счета капель?

7. На чем основано измерение поверхностного натяжения жидкостей методом наибольшего давления газового пузырька?

8. Дайте определение понятий: сорбция, абсорбция, адсорбция и десорбция.

9. Какова природа адсорбции? В чем отличие физической адсорбции от хемосорбции?

10. Какие факторы влияют на адсорбцию?

11. Какие вещества называют поверхностно-активными, поверхностно-неактивными и поверхностно-инактивные? Каково их строение?

12. Для чего используется поверхностное натяжение биологических жидкостей?

13. Какую роль играет поверхностное натяжение в биологических процессах?

Тема 10. Получение и очистка коллоидных систем Основные определения и термины

Системы, состоящие из двух или более веществ, отделенных друг от друга границей раздела, называют дисперсными системами. В такой системе различают дисперсную среду − сплошную среду, в которой распределены частицы вещества, и дисперсную фазу – совокупность этих частиц.

В основу классификации дисперсных систем положено агрегатное состояние фаз дисперсных систем, размеры и форма раздробленной фазы, интенсивность межфазного взаимодействия, молекулярность, структура.

По степени дисперсности они подразделяются на четыре типа:

– грубодисперсные – грубые взвеси, суспензии, эмульсии, порошки с размером частиц ≥10^–5 м;

– микрогетерогенные 10^–5 – 10^–7 м;

– коллоидно-дисперсные золи с размером частиц 10^–7–10^–9 м;

– молекулярные или ионные растворы с размером частиц менее 10^–9 м.

Дисперсные системы по межфазному взаимодействию среды и фаз делятся на лиофобные и лиофильные.

В лиофобных системах дисперсная фаза слабо взаимодействует с дисперсной средой (суспензии, эмульсии), в лиофильных системах − интенсивно (растворы полимеров, поверхностно-активных веществ).

Частицы дисперсной фазы, структурно связанные в дисперсной системе, образуют гели, а несвязанные − золи.

Дисперсные системы получают двумя путями: 1) физической и химической конденсацией ионов или молекул в агрегаты; 2) диспергированием вещества до частиц коллоидных размеров.

Физическая конденсация может осуществляться при охлаждении паров или путем понижения растворимости веществ при замене растворителя.

Химическая конденсация происходит в результате химических реакций, сопровождающихся образованием труднорастворимых в дисперсионной среде соединений. Примерами могут служить следующие реакции:

2H₂S + O₂  2S + 2H₂O;

2FeCl₃ + 3H₂O  Fe(OH)₃ + 3HCl;

AgNO₃ + KJ  AgJ + KNO₃ .

Из методов диспергирования особое значение имеет пептизация как физико-химический метод образования золей из “свежих” (рыхлых) осадков. Пептизаторы, растворами которых обрабатывают осадки, способствуют образованию двойного слоя ионов на поверхности частиц осадка, сообщая золю агрегативную устойчивость.

Различают пептизацию адсорбционную, диссолюционную и пептизацию промыванием осадка. При адсорбционной пептизации к осадку добавляют ПАВ или готовый электролит-пептизатор, неиндифферентные ионы которого избирательно адсорбируются на поверхности частиц потенциалообразующего слоя. При диссолюционной пептизации пептизатор образуется в ходе химической реакции между молекулами поверхностных слоев частиц осадка и добавленным реагентом.

Частицы дисперсной фазы в золях обладают сложной структурой, зависящей от условий их получения и природы стабилизатора. Такие частицы называются мицеллами.

Например, частицы гидрозоля иодистого серебра, которые получают приливанием раствора нитрата серебра к раствору иодистого калия (избыток KJ– стабилизатор). Реакция протекает по уравнению

m AgNO₃ + (m+n) KJ → mAgJnJ^– + mKNO₃.

Мицелла имеет следующую структуру:

_{{ m[AgJ]nJ– (n–x) K+ }–xxK+}

_{ }

_{агрегат диффузионный слой}

_{}

_ядро

_{}

_{частица}

_{}

_{мицелла}

Частица дисперсной фазы с окружающим ее диффузионным слоем называется мицеллой; m – число молекул AgJ в агрегате; n – число избыточных ионов J^–, прочно адсорбированных на поверхности агрегата (как правило, m > n), называемых потенциалообразующими; x – количество ионов, входящих в диффузионный слой; (n-x) – количество противоионов K⁺ в адсорбционном слое. Количество таких ионов калия (n–x) меньше количества адсорбированных ионов иода (n), вследствие чего коллоидная частица имеет отрицательный заряд (–х).

Если получать золь иодистого серебра при некотором избытке нитрата серебра (AgNO₃), то частицы золя иодистого серебра приобретают положительный заряд (в отличие от предыдущего случая):

{m [AgJ] nAg ⁺(n–x) NO₃^–}^+x xNO₃^–

Знак заряда коллоидных частиц золей можно определить методам капилляризации.

Метод капилляризации применим для окрашенных золей. В основе этого метода лежит зависимость адсорбируемого золя от знака заряда поверхности адсорбента (фильтровальной бумаги). При смачивании фильтровальной бумаги водой, она поднимается по капиллярам бумаги. При этом стенки капилляров заряжаются отрицательно, а граничащая с ними вода – положительно.