Коагуляция коллоидных систем
Коагуляцией называется процесс укрупнения коллоидных частиц и уменьшения дисперсности системы вследствие слипания частиц, слияния (коалесценции) капель и пузырьков. При этом в золях наблюдается выпадение вещества дисперсной фазы в осадок, в эмульсиях – расслоение системы на две жидкие несмешивающиеся фазы.
Относительно быструю коагуляцию коллоидных систем может вызвать изменение условий после их получения: изменение концентрации, температуры, механическое воздействие, добавление электролита и т.д.
Однако в силу принципиальной агрегативной (термодинамической) неустойчивости лиофобных коллоидных систем даже их стабилизация может только продлить время устойчивости. Иными словами, уменьшение дисперсности в коллоидной системе происходит самопроизвольно даже в неизменных условиях.
Этот процесс называется старением коллоидной системы, а причину его можно понять, вернувшись, например, к уравнению (2.9) в параграфе 1.3.1. Даже в стабилизированном золе из-за неодинакового размера частиц дисперсной фазы (например, частиц твердого электролита, металла) протекает медленный процесс переноса вещества дисперсной фазы из наиболее мелких частиц (с меньшим r) в более крупные. Это происходит путем растворения мелких частиц (для которых дисперсионная среда может быть ненасыщенным раствором) и кристаллизации (осаждения) твердого вещества из раствора – на крупных (для которых дисперсионная среда может оставаться пересыщенным раствором).
|
|
|
Пока уменьшение степени дисперсности невелико, оно слабо отражается на свойствах коллоидной системы и иногда даже не может быть замечено по внешним признакам. В этих случаях говорят о скрытой коагуляции. При значительном снижении устойчивости в коллоидной системе наблюдается явная коагуляция, когда уменьшение степени дисперсности становится заметным по внешним признакам и завершается разрушением системы, т.е. выпадением дисперсной фазы в осадок.
Важнейшим методом коагуляции лиофобных золей является прибавление электролита. Cуть этого метода в том, что катионы или анионы добавленного электролита, противоположные по знаку заряду частиц (капель, пузырьков), притягиваются за счет кулоновских сил к поверхности частиц и нейтрализуют их заряд (уменьшение или исчезновение заряда становится причиной быстрого слипания и слияния частиц и капель).
Для начала явной (видимой) коагуляции необходимо, чтобы концентрация электролита, вызывающего коагуляцию, достигла некоторой минимальной величины. Минимальная концентрация электролита, вызывающая быструю коагуляцию, называется порогом коагуляции 
(выражается в ммоль экв /л). Порог коагуляции можно вычислить по формуле
|
|
|
, (2.22)
где СЭК (моль экв/л) – молярная концентрация эквивалентов добавляемого раствора электролита;
VЭЛ (л или мл) - минимальный объем раствора электролита, при добавлении которого началась коагуляция золя;
VЗ (л или мл) - объем золя.
Очевидно, что величина порога коагуляции зависит от заряда коагулирующего иона (аниона или катиона в зависимости от знака заряда частиц, капель). При переходе от однозарядных к двух - и трехзарядным ионам величина порога коагуляции уменьшается в десятки и сотни раз. Согласно правилу Шульце-Гарди порог коагуляции обратно пропорционален шестой степени заряда иона-коагулянта добавленного электролита:
1: 2: 3 = 1-6: 2-6: 3-6 = 1: 0,0156: 0,0014
или 1: 2: 3 = 729: 11.4: 1. (2.23)
Такая зависимость объясняется тем, что для коагуляции необходимо снизить или нейтрализовать заряд частиц. Поэтому коагулянтом являются те ионы добавленного электролита, которые имеют заряд, противоположный по знаку заряду частиц. Адсорбционная же способность таких ионов резко возрастает с увеличением их заряда.
Коагуляция происходит также при сливании золей, частицы которых имеют противоположные заряды. Наиболее полная коагуляция происходит при полной взаимной нейтрализации зарядов.
|
|
|
Процессы когуляции коллоидных систем имеют большое значение в очистке воды от мельчайших взвешенных коллоидных частиц (в результате коагуляции можно получить суспензии, которые можно эффективно и с большой скоростью фильтровать). Для этой цели широко используются полимеры, в том числе полиэлектролиты, которые играют роль флокулянтов [1]. При очень малых концентрациях в дисперсионной среде, не достаточных для стабилизации коллоидных дисперсий, макромолекулы флокулянтов объединяют частицы дисперсной фазы во флокулы, что позволяет увеличивать скорость осаждения частиц, сгущать суспензии и ускорять водоочистку (лабораторные работы по использованию полимерных флокулянтов в водоочистке приведены в пособии [1]).
При коагуляции лиофильных золей основные изменения происходят в сольватной оболочке частиц, а роль заряда частиц становится второстепенной. Если к лиофильным золям добавлять электролит в тех небольших количествах, которые соответствуют порогу коагуляции у лиофобных золей, то видимых изменений не произойдет. Для коагуляции лиофильных систем нужны большие концентрации растворимых электролитов, близкие к соответствующим насыщенным растворам. Применительно к лиофильным системам термин “коагуляция” часто заменяется термином “высаливание”. Высаливающее действие электролита объясняется тем, что происходит связывание молекул дисперсионной среды ионами электролита и тем самым изменяется ее растворяющая способность.
|
|
|
Дата добавления: 2015-12-21; просмотров: 21; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!