Конденсация паров

Сущность метода заключается в том, что в газообразной системе при измене­нии температуры давление пара может стать выше равновесного давления пара над жидкостью или твердым телом и в газообразной фазе возникает новая жид­кая или твердая фаза. Система становится гетерогенной, образуются аэрозоли (ту­ман, дым). Путем испарения и конденсации паров в потоке несущего газа полу­чают коллоидные частицы (наночастицы) металлов, углерода, кремния. Наноча­стицы осаждают на подложку при изменении температуры стенок камеры. В мо­мент плавления для стабилизации наночастиц вводят поверхностно-активные ве­щества.

Замена растворителя

Метод основан на изменении состава среды таким образом, что химический по­тенциал компонента в дисперсной среде становится выше равновесного и тен­денция к переходу в равновесное состояние приводит к образованию новой фазы. Так может быть получен золь канифоли. Если насыщенный раствор канифоли в этиловом спирте влить в большой объем воды, то полученный раствор в спирто-водной среде оказывается пересыщенным. Пересыщение приводит к агрегирова­нию частиц канифоли, система становится гетерогенной, образуется коллоидная система – золь канифоли.

Таким путем могут быть получены гидрозоли серы, фосфора, мышьяка, многих других веществ.

По теории П. Веймарна размеры образующихся частиц зависят от соотношения между скоростями двух одновременно идущих процессов: образования зароды­шей (нуклеации) и их роста (кристаллизации) _.

Рис. 7.1. Зависимость размера частиц от концентрации.

Размер частиц коллоидных систем зависит от концентрации реагирующих ве­ществ при образовании умеренно растворимых веществ. Такая зависимость имеет максимум при получении сульфата бария (рис. 7.1):

В области 1 скорость нуклеации достаточна, но скорость роста кристаллов невелика, так как концентрация небольшая. Поэтому образуется коллоидная система - золь. В области 2 с увеличением концентрации роста увеличивается, частицы быстро укрупняются и под действием силы тяжести оседают, образуется осадок. В области 3 при высокой концентрации вещества, образующего дисперс­ную фазу, вязкость возрастает, скорость диффузии вещества из раствора к поверх­ности зародыша уменьшается. При высокой скорости нуклеации образуется много мелких частиц, которые соединяются друг с другом, образуя структированную коллоидную систему – гель.

Другим примером влияния концентрации реагирующих веществ при получении коллоидных систем является получение золя берлинской лазури.

При использовании очень разбавленных растворов реагентов образуется устой­чивый золь берлинской лазури. Если сливать концентрированные растворы реа­гентов, то образуется густой гель берлинской лазури. А при сливании 10-кратно разбавленных концентрированных растворов реагентов никогда не получится золь - образуется осадок.

Во время образования коллоидной системы можно вводить вещества, препятст­вующие возникновению зародышей или тормозящие их рост.

Действие этих веществ вызвано их адсорбцией на поверхности зародышей и образованием слоя, препятствующего дальнейшей достройке кристаллической решетки зародыша. Под влиянием специальных добавок может по-разному изме­няться скорость роста отдельных граней кристаллика.

Важная особенность конденсационного получения коллоидных дисперсных трудно растворимых веществ заключается в том, что высокое пересыщение может приводить первоначально к возникновению аморфизированных частиц. Дальней­шая кристаллизация может сопровождаться их измельчением, по-видимому, из-за возникающих при кристаллизации больших внутренних напряжений. В зависимо­сти от природы вещества аморфизированное состояние может сохраняться от не­скольких минут (золь золота) до часов, дней или даже лет (золи кремниевой ки­слоты).