Строение коллоидной мицеллы

                                                      

Строение структурной единицы лиофобных коллоидов – мицеллы – может быть показано лишь схематически, поскольку мицелла не имеет определенного состава. Рассмотрим строение коллоидной мицеллы на примере гидрозоля иодида серебра, получаемого взаимодействием разбавленных растворов нитрата серебра и иодида калия (метод химической конденсации по реакции обмена):

AgNO₃+ KI → AgI + KNO₃

Если исходные вещества взяты в эквивалентных отношениях и концентрация их велика, коллоидного раствора не получится. Образуется осадок AgI. Если взять одно из исходных веществ в избытке, оно будет выполнять роль стабилизатора. При этом видимого глазу осадка не образуется, а получается ультрагетерогенная коллоидная система, состоящая из микрокристаллов AgI.

Если образование коллоидной частицы происходит в результате реакции обмена, то

1. Чтобы не выпал осадок одно из исходных веществ берется в избытке.

2. То вещество, которое взято в избытке является стабилизатором.

3. То вещество, которое должно выпасть в осадок входит в состав ядра коллоидной частицы.

Например, возьмем в избытке нитрат серебра

AgNO_{3(избыток)} + KI → AgI_{(микрокристаллы)} + KNO₃

Запишем уравнение диссоциации стабилизатора. Учтем, что в растворе присутствует n моль AgNO₃. 

nAgNO₃→ nAg⁺ + nNO₃^-

Ионы стабилизатора избирательно адсорбируются на поверхности микрокристаллов согласно правилам Панета-Фаянса. Коллоидная мицелла золя иодида серебра (см. рис. 1) образована микрокристаллом иодида серебра, который способен к избирательной адсорбции из окружающей среды катионов Ag⁺ или йодид-ионов. По первому правилу Панета-Фаянса на поверхности полярного сорбента в первую очередь адсорбируются ионы, входящие в состав кристаллической решетки сорбента. Поскольку реакция проводится в избытке нитрата серебра на поверхности микрокристалла,   в первую очередь адсорбируются ионы Ag+.
В результате этого микрокристалл приобретает положительный заряд; ионы, сообщающие ему этот заряд, называются потенциалопределяющими (ПОИ). Они придают поверхности ядра заряд. Далее по второму правилу Панета-Фаянса на заряженной поверхности из раствора адсорбируются ионы с противоположным зарядом – противоионы; на поверхности раздела фаз образуется двойной электрический слой. Некоторая часть противоионов адсорбируется на заряженной поверхности ядра, образуя вместе с потенциалопределяющими ионами т.н. адсорбционный слой; ядро вместе с адсорбционным слоем называют коллоидной частицей или гранулой. Остальные противоионы, число которых определяется, исходя из правила электронейтральности мицеллы, составляют диффузный слой противоионов; противоионы адсорбционного и диффузного слоев находятся в состоянии динамического равновесия адсорбции – десорбции.

Обозначения, применяемые при схематической записи мицеллы

mAgI – ядро мицеллы(микрокристалл), нерастворимый в воде агрегат

n – число потенциалопределяющих ионов Ag⁺ стабилизатора AgNO₃

nAg ⁺ - слой потенциалопределяющих ионов, определяют знак заряда гранулы

(n-х) – число противоионов NO₃^-стабилизатора AgNO₃

(n-х) NO₃^- - слой противоионов

х –количество ионов NO₃^-, которое на ядре не адсорбируется, а располагается в ДС в качестве диффузионного слоя.

хNO₃^- - диффузный слой. Ионы Ag ⁺  и часть ионов NO₃^- адсорбируется на ядре, сообщая грануле заряд «х+», что обуславливает агрегативную устойчивость. Заряд гранулы противоположен заряду диффузионной части мицеллы. В целом мицелла электронейтральна.

уН₂О - гидратная оболочка

Схематически мицелла золя иодида серебра, полученного в избытке нитрата серебра может быть изображена следующим образом, При этом коллоидные частицы (гранулы) будут иметь положительный заряд:

{[mAgI] ∙ nAg⁺ (n-x)NO₃^-   } ^x+∙xNO₃^- ∙ yH₂O

ядро  диф.слой гидрат.оболочка

  гранула

                         мицелла

 

Рис. 1. Строение коллоидной мицеллы йодида серебра, стабилизатор нитрат серебра

 

При получении золя иодида серебра с отрицательно заряженной гранулой в реакции образования йодида серебра в избытке должен быть взят иодид калия

AgNO₃+ KI_{(избыток)} → AgI_{(микрокристаллы)} + KNO₃

Запишем уравнение диссоциации стабилизатора. Учтем, что в растворе присутствует n моль KI. 

n KI → n K ⁺ + nI ^-

 В данном случае потенциалопределяющие ионы – анионы I^–, противоионы – ионы К⁺. Мицелла золя йодида серебра, полученного в избытке йодида калия может быть изображена следующим образом:

{[mAgI] ∙ n I^– (n-x) K⁺       } ^x-∙x K^+- ∙ yH₂O

 ядро     диф.слой гидрат.оболочка

гранула

                       мицелла