Общие представления о золях

Основы коллоидной химии.

Ультрамикрогетерогенные системы

Введение

Коллоидная химия – наука, изучающая физико-химические свойства гетерогенных дисперсных систем и некоторых высокомолекулярных соединений, а также поверхностные явления (ПЯ) - физико-химические процессы, протекающие на границе раздела фаз.

Поскольку каждое тело ограничено поверхностью, то в область изучения КХ попадают все реальные тела – это, как правило, поликристаллические, волокнистые, слоистые, пористые, сыпучие вещества, состоящие из наполнителя и связующего компонента. Они могут находиться в состоянии суспензий, паст, эмульсий, пен, пыли и т. д. Например, почва, тела растительного и животного мира, облака и туманы, строительные материалы, металлы, полимеры, бумага, кожа, ткани, продукты питания. Поэтому КХ вправе называть физикой и химией реальных тел. Однако ПЯ проявляются сильнее всего в телах с высокоразвитой поверхностью, например, таких, как поверхностные слои, пленки, нити, капилляры, мелкие частицы. Совокупность этих тел (дисперсий) вместе со средой, в которой они распределены, образует дисперсную систему (ДС).

ДС состоят как минимум из двух фаз. Одна из них сплошная и называется дисперсионной средой, другая – дисперсная фаза - раздроблена и распределена в дисперсионной среде.

Наиболее общая классификация ДС основана на различии в агрегатном состоянии дисперсной фазы и дисперсионной среды (см. табл.1.1)

Таблица 1.1. Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию дисперсной фазы и дисперсионной среды

Дисперсная фаза	Дисперсионная среда	Условное обозначение системы	Название системы
Газ	Газ	Г/Г	Коллоидная система невозможна
Жидкость	Газ	Ж/Г	Туманы, облака, дымка
Твердое тело	Газ	Т/Г	Дым, пыль
Газ	Жидкость	Г/Ж	Пены (взбитые сливки)
Жидкость	Жидкость	Ж/Ж	Эмульсии (молоко, майонез)
Твердое тело	Жидкость	Т/Ж	Коллоидные растворы, суспензии (Au, S, AgCl в воде), краски
Газ	Твердое тело	Г/Т	Твердые пены, пористые тела, полиуретан
Жидкость	Твердое тело	Ж/Т	Твердые эмульсии (желе, желатин)
Твердое тело	Твердое тело	Т/Т	Твердые золи, сплавы и минералы

ДС классифицируются по дисперсности. Для свободнодисперсных систем признана следующая классификация (табл.1.2.). В табл. 1.3 приведены свойства различных типов свободнодисперсных систем, позволяющие отличить эти типы друг от друга.

Таблица 1.2. Классификация дисперсных систем по дисперсности

Тип системы	Размер частиц (или пор)
1. Свободнодисперсные системы
Ультрамикрогетерогенные (истинно коллоидные или золи - Т/Т, Т/Ж- лиозоли, Т/Г – аэрозоли)	10-7-10-5(1-100 нм)
Микрогетерогенные (суспензии, эмульсии, пены, порошки)	10-5-10-3(0,1-10 мкм)
Грубодисперсные (песок, щебень и др.)	Больше 10-3 см
2. Связнодисперсные системы (по М. М. Дубинину)
Микропористые	Меньше 2 нм
Переходнопористые	2-200 нм
Макропористые	Больше 200 нм

Таблица 1.3. Свойства свободнодисперсных систем

Характеристики	Ультрамикрогетерогенные	Микрогетеро-генные	Гомогенные (истинные растворы)
Прозрачность	Прозрачные	Непрозрачные	Прозрачные
Мутность	Дают конус Фарадея-Тиндаля	Мутные	Оптически пустые
Прохождение через фильтры	Проходят через бумажные фильтры, не проходят через пергаментные фильтры	Не проходят через бумажные фильтры	Проходят через пергаментные фильтры
Устойчивость	Относительно устойчивые, получаются с затратой энергии	Неустойчивые	Устойчивые, получаются самопроизвольно

Общие представления о золях

Золями (нем. Sole от лат. Solutio-раствор) (ультрамикрогенными или истинно коллоидными) называются системы, состоящих из частиц размером 10^-7-10^{-5 см(1-100 нм), распределенных в жидкой среде. Золи, образованные из нерастворимых в воде веществ (золи металлов, гидроксидов, сульфидов и др.), называются гидрофобными. Эти золи в течение длительного времени были основными объектами КХ. Золи сравнительно хорошо растворимые в воде (белки, агар, желатина, крахмал и т.д.) называются гидрофильными. Если в качестве растворителя используются органические растворители, то золи называются соответственно лиофобными и лиофильными. Далее мы будем обсуждать свойства лиофобных золей.}

Частицы лиофобных золей (мицеллы) состоят из нерастворимого ядра, на поверхности которого адсорбированы стабилизирующие ионы, близкие по своей природе к составу ядра (потенциалопределяющие), образующие адсорбционный слой. В адсорбционный слой входят противоионы, частично компенсирующие заряд потенциалопределяющих ионов, но не нейтрализующие заряд последних целиком. Ядро вместе с адсорбционным слоем и слоем противоионов образуют гранулу. Знак заряда гранулы определяется знаком потенциалопреде-ляющих ионов, так как их больше, чем противоионов. Если гранула отрицательно заряжена, то золь называется отрицательным. Если гранула заряжена положительно, то золь называется положительным. Гранулу окружает слой ионов противоположного знака, образующие диффузный слой. Противоионы диффузионного слоя нейтрализуют избыточный заряд гранулы. В целом мицелла электронейтральна. В качестве примера можно привести отрицательный и положительный золи иодида серебра, которые получаются при взаимодействии раствора нитрата серебра и иодида калия, при избытке одного из растворов:

{[AgI]^m,nI^-,(n-x)K⁺}^-^xxK⁺- отрицательный золь;

[AgI]^m,nAg⁺,(n-x)NO₃^-}^x⁺xNO₃- положительный золь

В отличие от грубодисперсных систем (суспензий, порошков) золи обладают кинетической устойчивостью, т. е. способностью длительное время не оседать на дно сосуда. Золи в тоже время являются термодинамически неустойчивыми, необратимыми системами, поскольку имеютбольшую поверхностную энергию, которая самопроизвольно уменьшается при агрегации частиц. Золи оказываются агрегативно устойчивыми (когда частицы не слипаются) лишь при условии, если на их поверхности за счет свободной поверхностной энергии адсорбируются молекулы или ионы третьего компонента системы или стабилизатора. Однако агрегативная устойчивость этих частиц имеет индуцированный характер и по истечению достаточного промежутка времени процесс слипания неизбежно наступает.

Дата добавления: 2015-12-18; просмотров: 22; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 3 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!