Свойства коллоидных растворов

Коллоидные растворы представляют собой ультрамикрогетерогенные системы обычно типа Т — Ж, т. е. твердое тело, раздробленное в жидкости. Размер коллоидных частиц лежит в пределах 1-100 нм, и именно в связи с такой высокой степенью дисперсности гетерогенность коллоидных растворов нельзя обнаружить с помощью обычного микроскопа. В связи с гетерогенностью коллоидные растворы рассеивают свет. Если наблюдать коллоидные растворы в проходящем свете, то они кажутся совершенно прозрачными. Но при боковом освещении они оставляют на пути прохождения пучка света на темном фоне световой след. Световые лучи рассеиваются коллоидным раствором во всех направлениях, и в частности попадают в глаз наблюдателя. Если между источником света и коллоидным раствором поместить выпуклую линзу так, чтобы на нее падал пучок параллельных лучей, то при боковом освещении образуется светящийся конус, который получил название конуса Тиндаля, а само явление — эффекта Тиндаля — Фарадея.

Образование светлого конуса объясняется тем, что каждая взвешенная частица рассеивает падающие на нее лучи и таким образом как бы превращается в светящуюся точку, благодаря чему становится виден и весь путь лучей внутри жидкости. Явление Тиндаля используется для исследования коллоидных частиц размером 10-300 нм с помощью ультрамикроскопа (рис.).

Характерно для коллоидных растворов явление электрофореза. Оно заключается в том, что под влиянием извне приложенной разности потенциалов все коллоидные частицы перемещаются к одному из полюсов. Это свидетельствует о том, что все коллоидные частицы данного коллоида имеют одноименный (положительный или отрицательный) заряд. Наличие одноименного электрического заряда вызывает электростатическое отталкивание частиц; если сила отталкивания больше, чем силы притяжения между частицами, то это препятствует укрупнению частиц, т. е. обеспечивает агрегативную устойчивость. Заряд коллоидных частиц возникает вследствие адсорбции ионов из раствора. Преимущественно адсорбируются те ионы, которые входят в состав самих частиц. Заряд коллоидной частицы может возникнуть также вследствие частичной диссоциации молекул, составляющих частицу.

Благодаря малым размерам коллоидные частицы легко проходят через бумажные фильтры. Они фильтруются так же, как и истинные растворы. Фильтруются через бумажные фильтры и вирусы, которые имеют размеры, соответствующие коллоидной степени дисперсности (до 100 нм). Однако перегородки животного происхождения — мембраны — задерживают коллоидные частички.

Для коллоидных растворов характерна весьма малая величина осмотического давления, в ряде случаев не поддающаяся измерению.

Добавление к коллоидному раствору небольшого количества электролитов вызывает коагуляцию, которая приводит к потере кинетической устойчивости и в итоге к седиментации. Так как присутствие в коллоидном растворе электролитов снижает их заряд, то естественно, что уменьшение концентрации их приведет к обратному результату — увеличению заряда и соответственно (как правило) к повышению агрегативной устойчивости. Для очистки коллоидных растворов от электролитов используют свойство коллоидных частиц задерживаться мембранами.

Прибор, который используют для этого, называют диализатором, а процесс очистки — диализом. Схема такого прибора приведена на рисунке. Отдельные молекулы и ионы не задерживаются мембраной и поэтому диффундируют в растворитель, котоый непрерывно обновляется. Поэтому коцентрация молекул и ионов в нем практически равна нулю, что и обеспечивает непрерывность процесса диффузии. Концентрация коллоидных частиц в растворе остается практически неизменной. Для увеличения скорости диализа применяют мешалки различных конструкций, которые создают конвективные потоки. Увеличение скорости очистки коллоидного раствора от электролитов достигают также путем приложения электрического поля, под влиянием которого возрастает направленная скорость движения ионов (миграция). Такой процесс нааывается электродиализом, а прибор, схема которого приведена на рисунке, — электродиализатором.