Подготовка к работе

Изучите теоретические вопросы и пример решения типовой задачи:

▪ классификация гетерогенных дисперсных систем;

▪ методы получения: диспергирование и конденсация;

▪ причины термодинамической неустойчивости гетерогенных дисперсных систем;

▪ коллоидные системы и их основные свойства: кинетические, оптические

и электрические;

▪ мицеллярное строение коллоидных растворов;

▪ агрегативная устойчивость коллоидных систем и факторы, её обусловливающие:

электрический, структурно-механический, кинетическая устойчивость;

▪ коагуляция коллоидных систем; седиментация;

▪ адсорбция и поверхностно-активные вещества.

Типовая задача

Образование золя бромида серебра происходит взаимодействием бромида калия с избытком нитрата серебра.

Определите:

∙ составные части коллоидной частицы, мицеллы;

∙ заряд коллоидной частицы и факторы агрегативной устойчивости золя;

∙ среди приведенных солей: NaCl, Na₂SO₄, Na₃PO₄ – электролит с наименьшим

порогом коагуляции, ионы-коагуляторы.

Решение. Запишем реакцию взаимодействия указанных веществ в молекулярном и ионно-молекулярном виде:

AgNO₃ + KBr = AgBr + KNO₃,

избыток нерастворимое

соединение

Ag⁺ + NO₃‾ + K⁺+ Br‾ = AgBr + K⁺ + NO₃‾.

Определим составные части коллоидной частицы и мицеллы.

Ядро [m(AgBr)] состоит из m молекул нерастворимого или малорастворимого в воде вещества (AgBr).

Потенциалобразующие ионы (ПОИ) – ионы, родственные ядру и находящиеся в растворе в избытке. Это ионы Ag⁺ (nAg⁺) – потенциалобразующие ионы.

Противоионы (ионы NО₃‾) имеют заряд, противоположный потенциалобразующим ионам, и в избытке содержатся в растворе. Часть противоионов входит в адсорбционный слой: (n–x) NO₃‾, а другая часть (x NO₃‾) образует диффузный слой.

Коллоидная частица состоит из ядра, потенциалобразующих ионов и противоионов адсорбционного слоя. Ее заряд равен разности зарядов потенциалобразующих ионов (n⁺) и противоионов (n–x)‾. Заряд коллоидной частицы положительный (x⁺).

Мицелла состоит из коллоидной частицы и диффузионного слоя. Она электронейтральна. В состав коллоидной частицы и мицеллы входят молекулы воды.

Схематично коллоидную частицу, мицеллу можно представить так:

Потенциал, возникающий на границе между адсорбционным и диффузным слоем, называется ζ (дзета)- потенциалом. Он характеризуют диффузную часть двойного электрического слоя, и является электрическим фактором агрегативной устойчивости коллоидной системы.

При введении электролита происходит коагуляция. Ионы-коагуляторы Cl‾, SO₄²‾, PO₄³‾ имеют заряд, противоположный заряду коллоидных частиц. Чем больше заряд иона-коагулятора, тем выше его коагулирующая сила и меньше порог коагуляции. Наименьший порог коагуляции имеет Na₃PO₄.

Коллоидные системы можно получить двумя противоположными методами – диспергированием (дроблением вещества до размера коллоидных частиц) и конденсацией (переходом молекулярных и ионных растворов в коллоидные), например проведением реакций обмена, сопровождающихся получением труднорастворимых веществ.

Несмотря на принципиальную термодинамическую неустойчивость коллоидных систем, обладающих большой избыточной поверхностной энергией, они длительное время могут сохранять устойчивость, то есть сохранять исходную степень дисперсности частиц и их равномерное распределение в дисперсионной среде.

Различают кинетическую и агрегативную устойчивость коллоидных систем.

Кинетическая устойчивость обусловлена малым размером коллоидных частиц (10^-9-10^-7 м), находящихся в броуновском движении.

Под агрегативной устойчивостью понимают сохранение системой присущей степени дисперсности. Факторами агрегативной устойчивости служат одноимённый электрический заряд коллоидных частиц и структурно-механический барьер, обусловленный защитными свойствами адсорбционных слоёв, их гидратацией.

При снятии стабилизующего барьера происходит потеря агрегативной устойчивости, которая приводит к укрупнению частиц, их слипанию. Этот процесс называется коагуляцией. Коагуляция вызывает нарушение кинетической устойчивости и расслоение системы на две сплошные фазы. Явная коагуляция называется седиментацией.

Коагуляция может быть вызвана различными факторами, наиболее важным из них является действие электролита. Минимальная концентрация электролита, вызывающая коагуляцию, называется порогом коагуляции.