Общая характеристика коллоидных систем. Методы получения лиофобных коллоидов
Коллоидные системы представляют собой ультрамикрогетерогенни системы преимущественно типа «твердое тело измельченные в растворителе». Частицы дисперсной фазы имеют размеры от 10 - до 10-9 м. Значительная поверхность распределения создает в коллоидных системах большой запас поверхностной энергии Гиббса, из-за чего эти системы термодинамически неустойчив. В коллоидных системах легко протекают самовольные процессы, приводящие к снижению запаса поверхностной энергии: адсорбция, коагуляция, образование макроструктур. Благодаря гетерогенности коллоидные растворы способны рассеивать свет. Если наблюдать за коллоидными растворами при прохождении через них света, то они кажутся прозрачными, но при боковом освещении видим конус получил название конуса Тиндаля. Размеры частиц дисперсной фазы позволяют им проходить сквозь бумажные фильтры, но они задерживаются мембранами (пергаментом, целлофаном и т.п.). Коллоидные является кинетически относительно устойчивыми, со временем стареют. Под действием силы тяжести в коллоидах наблюдается направленное перемещение фаз более плотной вниз, а менее плотной - вверх.
Коллоидные системы по степени дисперсности занимают промежуточное положение между истинными растворами (молекулярно- или ионно-дисперсными системами) и грубодисперсными системами. Поэтому коллоидные растворы могут быть получены либо путем ассоциации (конденсации) молекул и ионов истинных растворов, либо дальнейшим раздроблением частиц дисперсной фазы грубодисперсных систем.
Методы получения коллоидных растворов также можно разделить на две группы: методы конденсации и диспергирования (в отдельную группу выделяется метод пептизации, который будет рассмотрен позднее). Еще одним необходимым для получения золей условием, помимо доведения размеров частиц до коллоидных, является наличие в системе стабилизаторов – веществ, препятствующих процессу самопроизвольного укрупнения коллоидных частиц.
Дисперсионные методы
Дисперсионные методы основаны на раздроблении твердых тел до частиц коллоидного размера и образовании таким образом коллоидных растворов. Процесс диспергирования осуществляется различными методами: механическим размалыванием вещества в т.н. коллоидных мельницах, электродуговы распылением металлов, дроблением вещества при помощи ультразвука.
Методы конденсации
Вещество, находящееся в молекулярно-дисперсном состоянии, можно перевести в коллоидное состояние при замене одного растворителя другим – т.н. методом замены растворителя. В качестве примера можно привести получение золя канифоли, которая не растворяется в воде, но хорошо растворима в этаноле. При постепенном добавлении спиртового раствора канифоли к воде происходит резкое понижение растворимости канифоли, в результате чего образуется коллоидный раствор канифоли в воде. Аналогичным образом может быть получен гидрозоль серы.
Мицеллярная теория строения коллоидной частицы.
Коллоидная мицелла имеет более сложное строение, чем обычные молекулы. В ней различают две основные части: внутреннюю (нейтральную) — ядро, состоящее из молекул, и внешнюю часть — ионогенную, состоящую из двух слоев (адсорбционного и диффузного).
Например, получим золь иодида серебра в избытке нитрата серебра:
Мицелла иодида серебра состоит из следующих частей:
1) ядро — микрокристаллы иодида серебра;
2) в избытке — нитрат серебра, поэтому в растворе избыток положительных ионов серебра, которые входят в состав молекул Agl и поэтому адсорбируются на ядре;
3) часть отрицательных нитрат-ионов притягивается к адсорбированным ионам серебра, образуя адсорбционный слой противоионов;
4) в результате этих процессов образовалась коллоидная частица — гранула, которая имеет положительный заряд и может перемещаться как единое целое;
5) оставшиеся нитрат-анионы достраивают диффузный слой противоионов — образуется мицелла
Записывают строение мицеллы следующим образом:
На поверхности ядра адсорбируются ионы, одноименные с ионами, входящими в состав ядра, и находящиеся в избытке — они являются стабилизаторами, дальнейший рост ядра прекращается. Такие ионы получили название потенциалопределяющих ионов. Например, если золь иодида серебра получают в избытке иодида калия, то потенциало- пределяющими ионами будут иодид-анионы, а противоионами — катионы калия.
Коллоидная частица в данной мицелле будет заряжена отрицательно, а противоионы калия — положительно
