Кинетика коагуляции. Скрытая и явная коагуляция.

 

Если в коллоидный раствор медленно добавлять электролит, то первые его порции не влияют на золь.

 

При увеличении концентрации электролита начинается образование частиц низших порядков (II, III и т.д.), которое протекает незаметно для невооружённого глаза и поэтому называется скрытой коагуляцией.

 

Дальнейшее увеличение концентрации электролита ведёт к прогрессивному развитию процесса коагуляции, повышению её скорости и сопровождается появлением частиц более высоких порядков.

 

Золь претерпевает видимые изменения: он мутнеет или изменяется его окраска. При этом величина ζ -потенциала частиц уменьшается.

 

Эта стадия процесса называется явной коагуляцией. Переход скрытой коагуляции в явную называется порогом коагуляции: ему соответсвует пороговая концентрация электролита, т.е. минимальная концентрация электролита, вызывающая явную коагуляцию. (Измеряется эта величина миллимолях на литр золя.)

 

В это время ζ -потенциал ещё сохраняется, но он обычно не превышает 30 мв и называется критическим ζ-потенциалом.

 

Однако изменение величины ζ -потенциала не всегда соответствует процессу коагуляции частиц. Нередко коагуляция начинается при высоких значениях ζ -потенциала, а иногда с понижением этого потенциала некоторые золи даже увеличивают свою устойчивость.

 

Это подтверждпет, что ζ -потенциал является важным, но не единственным определяющим фактором устойчивости коллоидных частиц.

 

Явная коагуляция, в свою очередь, делится на два периода:

 

1. Период медленной коагуляции. В этот период всякое увеличение концентрации электролита ускоряет коагуляцию.

2. Период быстрой коагуляции. Во время быстрой коагуляции дальнейшее повышение концентрации электролита уже не влияет на её скорость, т.е. коагуляция протекает с максимальной быстротой.

 

При медленной коагуляции не все столкновения коллоидных частиц в золе оказываются эффективными, т.е. не все оканчиваются объединением частиц, а при быстрой коагуляции все столкновения приводят к их объединению.

 

Наименьшая концентрация электролита, вызывающая быструю коагуляцию, называется концентрацией коагуляции или порогом быстрой коагуляции.

 

При коагуляции вместе с уменьшением числа частиц и их укрупнением происходит изменение ряда свойств растворов: понижается скорость диффузии и фильтрации частиц, увеличивается скорость седиментации, меняется интенсивность рассеянного света, а вместе с тем и окраска растворов и т.п.

 

Коагуляция смесями электролитов

Возможны три случая совместного действия смеси из двух или более электролитов на коллоидный раствор:

1. Аддитивность - суммирование коагулирующего действия электролитов,

2. Антагонизм – один электролит ослабляет действие другого,

3. Синергизм – один электролит усиливает действие другого.

Если рассматривать каждый электролит в одельности от остальных, то существует такая его концентрация, которая будет вызывать быструю коагуляцию золя. Примем это количество электролита, вызывающее быструю коагуляцию, за 100% и рассмотрим теперь совместную работу двух различных электролитов.

Аддитивность

В случае аддитивности, попытка добиться коагуляции золя одним из электролитов при концентрации меньше чем 100% потребует добавления соответствующего количества второго.

Например, если одного взято 70% от концентрации коагуляции, то второго потребуется добавить 30% (в сумме 100%).

Антагонизм

При антагонизме, в действии электролитов оказывается, что на 70% концентрации одного из них нужно уже не 30% концентрации коагуляции другого, а больше, например, 55%.

Таким образом, сумма их концентраций станет больше 100%.

Синергизм

При синергизме, для того чтобы получить быструю коагуляцию золя на 70% от концентрации коагуляции одного электролита достаточно добавить, например, 15% от концентрации коагуляции второго электролита.

Сумма концентраций, в результате, будет меньше 100%.

При коагуляции золей смесями электролитов обычно наблюдается синергизм или антагонизм. Адитивность же представляет собой редкое явление.

Явление синергизма может быть обусловлено образованием из добавленных электролитов многозарядных комплексных ионов, обладающих сильным коагулирующим действием.

Антагонизм объясняется, в частности, образованием из этих электролитов или комплексных соединений – пептизаторов, или слабодиссоциированных частиц, не влияющих на коллоидный раствор.

Пептизация — расщепление агрегатов, возникших при коагуляции дисперсных систем, на первичные частицы под действием жидкой среды (например, воды) или специальных веществ — пептизаторов.

В случае образования пептизаторов непрореагировавшие ионы электролитов действуют в направлении коагуляции золя, а образовавшийся из прореагировавших ионов пептизатор вновь переводит в золь скоагулировавшие частицы.

Иногда пептизаторы образуются в результате взаимодействия коллоидных частиц с добавляемым электролитом. Так, добавлении HCl к золю Fe(OH)2 происходит его коагуляция, а при медленном добавлении HCl коагуляция отсутствует.

Как было выяснено, при медленном добавлении соляной кислоты успевает образоваться пептизатор:

Fe(OH)2 + HCl → FeOCl + 2H2O

FeOCl → FeO⁺ + Cl^-

Такое явление назывется привыканием золя.

Взаимная коагуляция

 

Если к золю с отрицательно заряженными частицами добавить золь с положительно заряженными частицами, то произойдёт их взаимная коагуляция.

 

На многих водоочистительных станциях к воде, содержащей отрицательно заряженные органические смеси, добавляют положительно заряженные золи гидроокиси алюминия или железа.

 

После взаимной коагуляции образовавшиеся хлопья легко отфильтровать на песчаных фильтрах.