Агрегативная устойчивость коллоидных растворов. Коагуляция

Агрегатпивная устойчивость – это способность дисперсной системы сохранять неизменной во времени степень дисперсности, т. е. размеры частиц и их индивидуальность.

При нарушении агрегативной устойчивости происходит коагуляция.

Коагуляцией называется процесс слипания частиц с образованием крупных агрегатов. В результате коагуляции система теряет свою седиментационную устойчивость, так как частицы становятся слишком крупными и не могут участвовать в броуновском движении.

Коагуляция является самопроизвольным процессом, так как она приводит к уменьшению межфазной поверхности и, следовательно, к уменьшению свободной поверхностной энергии.

Различают две стадии коагуляции.

1 стадия – скрытая коагуляция. На этой стадии частицы укрупняются, но еще не теряют своей седименгационной устойчивости.

2 стадия – явная коагуляция. На этой стадии частицы теряют свою седиментационную устойчивость. Если плотность частиц больше плотности дисперсионной среды, образуется осадок.

Причины коагуляции многообразны. Едва ли существует какое-либо внешнее воздействие, которое при достаточной интенсивности не вызывало бы коагуляцию.

К таким воздействиям относятся:

• изменение температуры; в действие электрического и электромагнитного полей; действие видимого света;

• облучение элементарными частицами;

• механическое воздействие;

• добавление электролитов и др.

Все эти воздействия, различные по характеру, обладают общим свойством – они уничтожают энергетический барьер (потенциальный барьер коагуляции U_K) или значительно его снижают, и метастабильная система – коллоидный раствор в процессе коагуляции переходит в более устойчивое состояние.

Наибольший практический интерес вызывает коагуляция электролитами.

 

ПРАВИЛА КОАГУЛЯЦИИ

 

1. Все сильные электролиты, добавленные к золю в достаточном количестве, вызывают его коагуляцию.

Минцмальная концентрация электролита, при которой начинается коагуляция, называется порогом коагуляции С_к.

Иногда вместо порога коагуляции используют величину V_k, называемую коагулирующей способностью. Это объем золя, который коагулирует под действием 1 моля электролита:

Значит, чем меньше порог коагуляции, тем больше коагулирующая способность электролита.

2. Коагулирующим действием обладает не весь электролит, а только тот ион, заряд которого совпадает по знаку с зарядом противоиона мицеллы лиофобного золя. Этот ион называют ионом – коагулянтом.

3. Коагулирующая способность иона – коагулянта тем больше, чем больше заряд иона.

Количественно эта закономерность описывается эмпирическим правилом Шулъце-Гарди,

или

где – постоянная для данной системы величина; Z – заряд иона-коагулянта; – порог коагуляции однозарядного, двухзарядного, трехзарядного иона-коагулянта.

4. Коагулирующая способность иона при одинаковом заряде тем больше, чем больше его кристаллический радиус. Поэтому коагулирующая способность органических ионов больше по сравнению с неорганическими ионами.

Для однозарядных неорганических катионов коагулирующая способность убывает в следующем порядке:

Ag⁺ > Cs⁺ > Rb⁺ > NH⁴⁺ >K⁺ > Na⁺ > Li⁺

Этот ряд называется лиотропным.

При увеличении концентрации иона-коагулянта дзета-потенциал мицеллы золя уменьшается по абсолютной величине. Коагуляция может начинаться уже тогда, когда дзета – потенциал снижается до 0,025 – 0,040 В (а не до нуля).