Коагуляция гидрофобных (лиофобных) коллоидов

Чтобы вызвать коагуляцию гидрофобных коллоидов, к ним необходимо прибавить незначительное количество разбавленного раствора электролита. Это является отличительным признаком лиофобных коллоидов от лиофильных, для которых, как уже бы­ло сказано, необходимо прибавление концентрированного рас­твора электролита

Прибавление электролита снижает величину электрокине­тического потенциала. Та величина ζ - потенциала, при которой наступает коагуляция, называется критической, а та минимальная концентрация электролита, которая вызвала коагуляцию, называется порогом коагуляции. Величина, обратная порогу коагуляцииэлектролита, вызвавшего коагуляцию, характеризует коагулирующую силу ионов этого электролита.

Было установлено, что коагуляцию гидрофобных (лиофобных) коллоидов вызывают ионы, противоположно заряженнные по отношению к заряду коллоидных частиц, и коагулирующая сила ионов тем больше, чем выше валентность этих ионов. Это правило получило название "правило значности и валентности" или правило Шульце-Гарди.

Действие иона-коагулятора на коллоидную систему зависит не только от знака заряда, но также от валентности и химической природы этого иона.

Различные ионы с одинаковой валентностью и одним и тем же знаком заряда оказывают различное по силе коагулирующее действие на одну и ту же коллоидную систему. Разница в дейст­вии этих ионов зависит от различной способности этих ионов адсорбироваться коллоидными частицами. Так, например, катио­ны натрия и серебра имеют одну и ту же валентность и один и тот же знак заряда, но ион серебра действует на коллоидные сис­темы значительно сильнее иона натрия, так как он быстрее и полнее адсорбируется коллоидными частицами. Тоже относится и к анионам. Так, например, если сравнивать коагулирующее действие аниона салициловой кислоты и аниона хлора, то анион салициловой кислоты всегда значительно сильнее и быстрее ад­сорбируется, например, белковыми коллоидными частицами. В связи с этим, и коагулирующее действие его будет сильнее, чем у аниона хлора.

Коагулирующая сила иона в зависимости от валентности, увеличивается в таком отношении: если принять коагулирующую силу одновалентных ионов за единицу, то коагулирующая сила двухвалентных ионов будет в десятки, а трехвалентных - в сотни раз больше (1: 20: 200).

Этому правилу не подчиняются ионы Н⁺ и ОН^-, коагулирующая сила которых равна или даже превышает коагулирующую силу двухвалентных ионов.

Возрастание коагулирующей силы с повышением валентности ионов объясняется двумя причинами: во-первых, более резким снижением ζ- потенциала многовалентными ионами и, во-вторых, более высокой адсорбционной способностью этих ионов, играющих роль противоионов в мицелле. Ионы, расположенные в порядке возрастания их коагулирующей силы, образуют лиотропный ряд:

Li⁺ < Na⁺ < K⁺ < Rb⁺ < Cs⁺ < Mg⁺⁺ < Ca⁺⁺ < Sr⁺⁺ < Ba⁺⁺

Механизм коагуляции электролитами состоит в следующем. Коллоидные мицеллы имеют определенный заряд, который характеризуется величиной электрокинетического потенциала. Для устойчивых золей он находится в пределах 30-70 мВ. После добавления электролита величина этого потенциала начинает уменьшаться и даже может дойти до нуля. Это понижение потенциала объясняется действием ионов добавленного электролита, противоположно заряженных коллоидной частицы, которые ад­сорбируются поверхностью частицы, тем самым уменьшая ее заряд.

Для нейтрализации зарядов частиц требуется определенное время (скрытая и явная коагуляция) и определенное количество электролита (порог коагуляции). Однако, для коагуляции коллоидной системы не нужно вызывать полную нейтрализацию зарядов частиц. Коагуляция наступает значительно раньше, что можно объяснить следующим образом: коллоидные частицы находятся в непрерывном хаотическом движении, которое затрудняет их сближение. Соединение частиц между собой может наступить только в тех случаях, когда сила притяжения (сила межмолекулярного взаимодействия) будет больше, чем сила отталкивания (сила электростатического взаимодействия). Силы электростатического отталкивания естественно уменьшаются с уменьшением заряда коллоидных частиц.

Соединение частиц между собой наступает только при определенном расстоянии между ними. Вычислено, что минимальное расстояние между частицами, при котором происходит соединение, приблизительно, в 2-3 раза больше радиуса самих частиц.

Электрокинетический потенциал, при котором силы притяжения и силы отталкивания между коллоидными частицами равны, называется критическим потенциалом, величина которого колеблется в пределах 20-30 мВ. В этот момент и может начаться процесс коагуляции.

Многочисленными исследованиями было установлено, что растворы ВМС, прибавленные к гидрофобным золям, сообщают им повышенную устойчивость к электролитам. Подобное явление получило название защитного действия, а сами вещества, повышающие устойчивость гидрофобных золей - защитных. Так, например, прибавление даже небольшого количества раствора желатина в золь мастики или серы повышает агрегативную устойчивость этих золей при действии электролита.

Степень защитного действия растворов ВМС зависит как от природы растворенного полимера, так и от природы защищаемого гидрофобного золя. В качестве количественной меры защитного действия растворов ВМС применяют золотое, рубиновое и железное число. Например, под железным числом подразумевают минимальное число миллиграммов защищающего полимера, способного защитить 10 мл гидрозоля железа от коагулирующего действия 1 мл 0,005 н раствора сульфата натрия.