Конденсационные методы (методы укрупнения)
Суть конденсационных методов получения лиофобных коллоидных систем в том, что частицы формируются из атомов, молекул вещества дисперсной фазы в изначально гомогенной среде (растворе, газовой фазе). Иными словами, образование конденсированной фазы - твердой из жидкого раствора или жидкой из пара - напоминает самопроизвольный процесс образования дисперсной фазы в лиофильных коллоидных системах путем “самосборки” дифильных молекул в ассоциаты (см. параграф 2.1).
Однако чтобы самопроизвольное образование лиофобной коллоидной системы стало возможным (при практически полной нерастворимости вещества дисперсной фазы в дисперсионной среде), необходимо, чтобы изначально однофазная система была термодинамически неустойчивой.
Как Вы должны помнить [2], таким свойством обладают неравновесные (пересыщенные) растворы (однофазные двух- или многокомпонентные системы). Знакомым примером являются пересыщенные растворы практически нерастворимых или малорастворимых твердых электролитов в воде, для которых ПК > ПР и твердая фаза (в итоге - осадки) в объеме жидкой образуется самопроизвольно [2]; пересыщенный (в отношении своей жидкой фазы) пар. Таким путем получают обычно лиозоли (гидрозоли - в случае водной дисперсионной среды), аэрозоли, эмульсии (см. табл. 2.2).
Итак, необходимые (но не достаточные) условия получения лиофобных коллоидных систем – это: 1) нерастворимость вещества дисперсной фазы в дисперсионной среде и 2) превышение растворимости (максимальной концентрации) вещества в исходном растворе над его растворимостью в дисперсионной среде (ср(исх) > cр(конеч) моль/л, т.е. пересыщение раствора в отношении образующейся фазы).
|
|
|
Однако даже при использовании конденсационных методов для получения устойчивых к агрегации лиофобных коллоидных систем не достаточно только дисперсионной среды и вещества дисперсной фазы и требуются добавки веществ-стабилизаторов. Стабилизаторы снижают удельную свободную поверхностную энергию на образующейся поверхности раздела фаз (σ) за счет образования адсорбционных или ионно-адсорбционных слоев на поверхности малых частиц, т.е. уменьшают избыточную свободную поверхностную энергию (Gпов = σ∙Ω Дж) и препятствуют агрегации частиц дисперсной фазы. О способах стабилизации лиофобных коллоилных систем – см. параграф 2.4.
Образование дисперсной фазы при ее конденсации в объеме исходной однофазной системы проходит три основные стадии (см. курс лекций):
1. Образование зародышей новой фазы – частиц минимально возможного (критического) размера с радиусом rкр, которые термодинамически устойчивы в данных условиях (для этого нужно поддерживать пересыщение дисперсионной среды в отношении очень малых частиц новой фазы, уравнение 2.9);
|
|
|
2. Рост зародышей критического размера (увеличение размера до r > rкр без уменьшения концентрации частиц дисперсной фазы, т.е. увеличение площади поверхности раздела фаз);
3. Необратимая агрегация (укрупнение и слипание частиц, слияние капель) и разделение системы на макроскопические фазы (осаждение твердой фазы или расслаивание на две несмешивающиеся жидкие фазы). Эта стадия наблюдается только в отсутствие стабилизаторов.
Конденсационные методы подразумевают возможность как химической, так и физической конденсации новой фазы.
Химическая конденсация
Для получения коллоидной системы (лиофобного золя) этим методом чаще всего используют химическую реакцию в растворе, в результате которой образуется практически нерастворимое (или малорастворимое) вещество. Из реакций в водных растворах электролитов, знакомых Вам [2], к ним относятся окислительно-восстановительные (реакции а, б); реакции ионного обмена (в); гидролиза (г):
а) 2 AuCl3 + 3 CH2O + 3 H2O = 2 Au↓ + 3 HCOOH + 6 HCl,
б) 2 H2S + O2 = 2 H2O + 2 S↓,
в) AgNO3 + КCl = AgCl ↓ + KNO3,
г) FeCl3 + 3 H2O = Fe(OH)3↓ + 3 HCl.
|
|
|
Все эти реакции можно провести таким образом, что нерастворимые вещества останутся в коллоидной степени дисперсности, а не выпадут в осадок (параграф 2.4).
Физическая конденсация
К конденсационным относятся также методы получения лиофобных коллоидных систем, основанные на физических процессах. Например, при использовании метода замены растворителя образование коллоидной системы происходит, когда к истинному раствору какого-либо вещества в жидком растворителе добавляют другую жидкость, которая является для этого вещества плохим растворителем (осадителем), но при этом сама хорошо смешивается с исходным растворителем.
Движущей силой образования золя или эмульсии в этом случае также является различие в растворимости вещества дисперсной фазы в исходном растворителе и в его смеси с осадителем (ср(исх) > cр(конеч) моль/л), т.е. пересыщение смешанной дисперсионной среды веществом дисперсной фазы, что и приводит к образованию частиц (капель) новой фазы.
Дата добавления: 2015-12-21; просмотров: 20; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!