7.7. Получение коллоидно-дисперсных систем

Размеры коллоидных частиц настолько велики по сравнению с молекулами дисперсионной среды, что между ними образуется поверхность раздела, т. е. коллоидные системы гетерогенны и их получение возможно при соблюдении следующих условий:

1) размеры частиц данного вещества должны быть доведены до коллоидных размеров (10^-7 – 10^-9 м), что возможно методом раздробления (дисперсионные методы) или укрупнением молекул, атомов или ионов до частиц коллоидного размера (конденсационные методы);

2) необходимо присутствие стабилизаторов (ионов электролитов, которые на поверхности коллоидной частички образуют ионно-гидратную оболочку, препятствующую слиянию частиц при их взаимном столкновении в растворе);

3) коллоидные частицы (дисперсная фаза) должны обладать плохой растворимостью в дисперсионной среде, хотя бы в момент их получения.

При соблюдении этих условий коллоидные частицы приобретают электрический заряд и гидратную оболочку, что препятствует выпадению их в осадок.

К дисперсионным методам получения коллоидных систем относятся: механические – дробление, растирание, размол и т. д.; электрический – получение золей металлов под действием силы тока 5-10 A и напряжении 100 B в присутствии соответствующих стабилизаторов; ультразвуковой – дробление ультразвуком (например, камней в почках); химического диспергирования (пептизация и получение растворов ВМС из твердого полимера: набухание крахмала, желатина, агара-агара в воде).

Таблица 7.7

Классификация по агрегатному состоянию фазы и среды

Дисперсная фаза	Газообразная	Жидкая	Твердая
Дисперсионная среда
Газообразная	Это не дисперсная система, а газовая смесь – гомогенная система	Аэрозоль: туман, облака, распыленные жидкие вещества	Дым, пыль, цемент, сахарная и др.
Жидкая	Различные пены: пивная, тесто, противопожарная и т. д.	Эмульсии: молоко, маргарин, крема, мази	Суспензии: коллоидные растворы, кофе, какао и др.
Твердая	Твердые пены: пенопласты, пенорезина, хлеб, зефир	Природные минералы с жидкими включениями: жемчуг, опал и др.	Металлические сплавы, цветные стекла, искусственные драгоценные камни

К конденсационным методам получения коллоидных систем относятся: физические: резкое охлаждение (образование тумана); замена лучшего растворителя на худший (раствор мыла в спирте – истинный раствор, а в воде – пена); выпаривание, т.е. снижение концентрации дисперсионной среды (раствор желатина до 0,9 % – истинный раствор, а больше 1 % – коллоидный). Химические, т. е. проведение таких химических реакций, как окисление:

2H₂S + O₂  2H₂O + 2S (золь серы),

восстановление:

2HAuCl₄ + 2H₂O₂  2Au + 8HCl + 3O₂ (золь золота),

обменное разложение:

AgNO₃ + KCl  AgCl + KNO₃,

гидролиза:

FeCl₃ + 3H₂O  Fe(OH)₃ + 3HCl.

Золи имеют мицелярное строение. Согласно теории Думанского и Пескова, коллоидный раствор состоит из мицелл (твердая или дисперсная фаза) и интермицеллярной жидкости, которая содержит растворенные в ней электролиты и неэлектролиты (дисперсионная среда).

Мицелла – это электрически нейтральная структурная единица коллоидного раствора. Рассмотрим строение мицеллы золя CuS. В центре мицеллы находится скопление большого количества молекул или атомов вещества, образующих золь. Оно имеет кристаллическое строение. В данном случае это (mCuS), на поверхности которого, согласно правилу Фаянса-Пескова: из дисперсной среды адсорбируются те ионы стабилизатора, которые входят в состав золя, то есть Cu²⁺, в количестве n. Эти ионы называются потенциалопределяющими ионами (ПОИ). Золь и ПОИ образуют ядро.

Затем адсорбируются противоионы (ПИ), в данном случае SO₄^2- в количестве (n – х). Ядро и ПИ образуют гранулу или коллоидную частицу, имеющую заряд ПОИ, в данном ионы случае это х+. На поверхности гранулы адсорбируются ПИ SO₄^2- в количестве х, создавая так называемый диффузный слой (ДС), или подвижный слой ионов. Слой ПИ и ДС представляют собой адсорбционный слой (АС). Все вместе это называется мицеллой золя. Некоторые коллоидные системы проявляют большое сродство к молекулам воды Н₂О и имеют гидратную оболочку

{(mCuS l Н₂О) nCu²⁺ (n - х)SO₄^2- yН₂О}^2х+ хSO₄^2- zН₂О

ядро

________________________________

коллоидная частица (гранула)

_____________________________________________

мицелла