Класифікація дисперсних систем за взаємодією дисперсної фази і дисперсійного середовища
Взаємодія дисперсної фази і дисперсійного середовища характерна для систем з рідким дисперсійним середовищем. Якщо частинки дисперсної фази сильно взаємодіють з дисперсійним середовищем, на них утворюються сольватні оболонки з молекул дисперсійного середовища. Такі системи називаються ліофільними. Для них характерне самовільне диспергування (наприклад, розчинення високомолекулярної речовини, розведення у воді мила, бентонітової глини). Якщо міжфазна взаємодія слабка, то системи називають ліофобними. В них самовільного диспергування не відбувається. Загалом високодисперсні системи з твердою дисперсною фазою і рідким дисперсійним середовищем називаються золями.
Одержання і очищення колоїдних розчинів
Колоїдні розчини за ступенем дисперсності частинок є проміжними між грубодисперсними і молекулярно-дисперсними системами. Тому їх можна одержати двома методами:
подрібненням крупніших частинок до ступеня дисперсності колоїдів з допомогою так званих колоїдних млинів або ультразвукових коливань (диспергаційний метод);
збільшенням розмірів частинок шляхом укрупнення (конденсації) атомів і молекул в агрегати з колоїдним ступенем дисперсності (конденсаційний метод).
Конденсацію частинок істинних розчинів можна викликати фізичними і хімічними факторами (різким охолодженням парів речовини, заміною розчинника, утворенням золів при хімічних реакціях). Наприклад, накапавши до води спиртовий розчин сірки, одержують золь сірки у воді; змішуючи розчини нітрату срібла і соляної кислоти, одержують золь хлориду срібла.
Процес очистки золів називається діалізом. Діаліз здійснюється у при-ладах-діалізаторах (рис.11), що містять напівпроникні перегородки, через які проходять іони і молекули низькомолекулярних речовин, але затримуються колоїдні частинки.
Рис.11. Схема діалізатора.
Для прискорення процесу очищення діаліз проводять під дією постійного електричного поля.
2.2. Електрокінетичні явища в колоїдних розчинах
Під електрокінетичними явищами в колоїдах розуміють переміщення однієї фази відносно іншої в електричному полі. Перенесення колоїдних частинок в електричному полі називається електрофорезом, а протікання рідини через капіляри системи під впливом різниці потенціалів - електроосмосом. Електрокінетичні явища свідчать про наявність відповідного заряду на колоїдних частинках.
Розглянемо будову міцели золю йодиду срібла, одержаного при зливанні розведених розчинів нітрату срібла і йодиду калію. Одну з реагуючих речовин взято в надлишку. На поверхні утворених агрегатів частинок AgІ переважно адсорбуються іони, які входять до складу твердої фази (Ag+ або I+). Ці іони називаються потенціалвизначальними. Агрегати частинок разом з потенціалвизначальними іонами називаються ядрами. Поверхня частинок AgI набуває заряду і іони протилежного знаку (протиіони) притягуються до неї. Частина протиіонів міцно зв'язується з ядром електростатичними і адсорбційними силами, утворюючи адсорбційний шар протиіонів. "Решта протиіонів, внаслідок теплового руху, знаходиться на деякій відстані від твердої поверхні, утворюючи дифузійний шар протиіонів, які утримуються біля поверхні тільки електростатичними силами. На поверхні частинок утворюється подвійний електричний шар (ПЕШ).
Агрегат разом з потенціалвизначальними іонами і протиіонами адсорбційного шару складає гранулу (колоїдну частинку). Колоїдні частинки мають заряд. Електронейтральна система, що складається з колоїдної частинки і протиіонів дифузійного шару, називається колоїдною міцелою.
Будову колоїдної міцели золю AgI, одержаного зливанням розведених розчинів AgN03 і КІ, зображено на рис.12.
У межах подвійного електричного шару діє електричне поле, інтенсивність якого характеризується значенням потенціалу φ. Величина потенціалу поля із збільшенням відстані l від поверхні зменшується. Падіння потенціалу проходить стрімко по прямій в адсорбційному шарі і, повільніше, по кривій у дифузійному шарі.
Будову ПЕШ в міцелі йодиду калію з позитивно зарядженими колоїдними частинками і падіння потенціалу з відстанню наведено на рис.39.
В електричному полі колоїдні частинки рухаються до одного електроду, а протиіони дифузійного шару - до іншого. Швидкість електрофорезу залежить від потенціалу на межі ковзання, яка розділяє дві частини міцели, що рухаються одна відносно одної.
Рис. 12. Будова колоїдної міцели золю AgI, одержаної зливанням розчинів AgNO3 і КІ.
Потенціал подвійного електричного шару, який відповідає межі ковзання, називається електрокінетичним або ξ -потенціалом.
Слід зазначити, що межа ковзання не завжди збігається з межею між адсорбційним і дифузійним шарами. Місце границі ковзання визначається не тільки дією адсорбційних і електростатичних сил, але і гідродинамічними властивостями розчину, що оточує частинки.
Рис.13. Розподіл зарядів у міцелі йодистого срібла з позитивно зарядженими колоїдними частинками.
Вимірявши дослідним шляхом швидкість руху колоїдних частинок в електричному полі (при електрофорезі), можна обчислити величину ξ -потенціалу:
де η - в'язкість дисперсійного середовища, Па•с;
u - швидкість руху колоїдних частинок, см/с;
ε - відносна діелектрична проникність середовища;
Н- градієнт напруги, В/см,
де Е- величина прикладеної ЕРС;
l - відстань між електродами.