Коагуляция лиофобных и лиофильных коллоидных растворов

Существуют коллоидные растворы - золи, которые образу­ются в результате непосредственного взаимодействия дисперс­ной фазы и дисперсионной среды. Такие коллоиды называются лиофильными (гидрофильными, в случае водной дисперсионной среды) или растворами высокомолекулярных соединений (ВМС). Эти коллоиды характеризуются:

1. устойчивостью в электролитах умеренной концентрации;

2. высокой вязкостью;

3. оптической однородностью при просмотре под ультрамикроскопом;

4. способностью образовывать студни без отделения дисперсной фазы от дисперсионной среды.

Лиофильными свойствами обладают гидрозоли желатины, белка, крахмала.мыла и др. Схематическое строение такой части­цы дано на рисунке 19.

 

 

Рис.19. Схема строения коллоидной частицы гидрофильного коллоида.

 

Существует другой класс коллоидных растворов, устойчи­вость дисперсной фазы которых обусловлена особыми условиями образования этих коллоидов. Для того чтобы возникло взаимо­действие дисперсной фазы таких коллоидов с дисперсионной средой, т.е. создались условия для сольватации и тем самым осу­ществилась их устойчивость, необходимо наличие электрических зарядов у таких частиц.

Коллоиды, агрегативная устойчивость которых обусловле­на электрическим зарядом их частиц (величиной ζ - потенциала), называют лиофобными или гидрофобными.

Свойства этих коллоидов противоположны тем, которыми ранее характеризовались лиофильные коллоиды, то есть:

1. они теряют устойчивость при прибавлении электролитов не большой концентрации;

2. они имеют вязкость, близкую к вязкости дисперсионной среды;

3. частицы их отчетливо отмечаются в ультрамикроскопе;

4. потеря устойчивости сопровождается отделением дисперсной фазы от дисперсионной среды. Схема строения коллоидной частицы гидрофобного золя дана на рисунке 20.

 

Рис.20. Схема строения коллоидной частицы гидрофобного коллоида.

 

Разделяя коллоиды на эти два класса, различные по своим свойствам, все же следует иметь в виду, что существуют колло­идные системы, обладающие признаками обоих этих классов. Так, например, гидрат окиси алюминия показывает многие свой­ства, присущие лиофильным коллоидам, но по чувствительности к электролитам его все же приходится относить к лиофобным.

К гидрофобным коллоидам относятся: почвенные гидрозо­ли, извлекаемые растворами натриевых солей и едким натрием из почвы; гидрозоли гидрата окиси железа; гидрозоль хлористого серебра, молоко, хлеб, масло, маргарин, майонез и многие другие золи, преимущественно минерального происхождения.

Гидрофобные коллоидные системы термодинамически не­устойчивы. У мицелл всегда существует стремление к укрупне­нию их при столкновении в процессе броуновского движения, укрупнение частиц ведет к уменьшению свободной поверхностной энергии за счет уменьшения суммарной величины по­верхности частиц.

Процесс укрупнения коллоидных частиц в золях путем их
слияния с последующим разрушением дисперсионной системы
называется коагуляцией. Процесс осаждения укрупненных частиц
твердой фазы называется седиментацией.

При процессах коагуляции происходит ряд изменений коллоидной системы: уменьшение числа коллоидных частиц, понижение величины электрокинетического потенциала, изменение окраски или помутнение гидрофобных коллоидов, из­менение вязкости гидрофильных коллоидов, задержка коллоид­ных веществ на простых фильтрах и т.д. Все эти явления связаны и представляют собой результат основного изменения при коагу­ляции - образование агрегатов коллоидных частиц, настолько крупных по размерам, что они уже не в состоянии обнаруживать присущие коллоидным частицам свойства. Хорошо известны примеры коагуляции природных жидкостей - свертывание моло­ка, крови, выпадение росы и т.д.

Процесс коагуляции всегда связан с изменением степени дисперсности и обусловлен агрегативной неустойчивостью кол­лоидных систем. В коагуляции принято различать две стадии или два периода - скрытую коагуляцию, когда невооруженным взгля­дом еще нельзя наблюдать какие-либо внешние изменения в золе; и явную коагуляцию, когда процесс агрегации частиц дисперсной фазы золя легко обнаруживается визуально (изменение цвета, помутнение раствора, выпадение осадка).

Факторы коагуляции коллоидных систем могут быть весь­ма разнообразны. Так, например, коагуляция может быть вызвана повышением температуры, длительным диализом, добавлением электролитов, разного рода механическими воздействиями (раз­мешиванием, встряхиванием, взбалтыванием), сильным охлаж­дением, ультрацентрифугированием, концентрированием, про­пусканием электрического тока, а также действием на данный золь других золей. В ряде случаев коагуляция может происходить в результате чисто химических реакций, протекающих в золях - явление старения золя.

Наиболее важным и наиболее изученным фактором коагуляции гидрофобных золей является действие электролитов. Практически все электролиты, если взять их в достаточном количестве, способны вызвать коагуляцию коллоидных растворов. Помимо электролитов, коагуляция гидрофобных коллоидов может быть вызвана смешиванием в определенных количественных соотношениях с другими гидрофобными золями, гранулы которых имеют противоположный заряд. Это явление носит название взаимной коагуляции.

В ряде случаев при добавлении к золям электролитов, содержащих многовалентные ионы со знаком заряда, противопо­ложным заряду коллоидных частиц, может наблюдаться не коа­гуляция, а наоборот, стабилизация и даже перемена знака дзета - потенциала. Это явление получило в коллоидной химии название перезарядки золей или гетерокоагуляции.