Основные определения и термины. Системы, состоящие из двух или более веществ, отделенных друг от друга границей раздела, называют дисперсными системами

 

Системы, состоящие из двух или более веществ, отделенных друг от друга границей раздела, называют дисперсными системами. В такой системе различают дисперсную среду − сплошную среду, в которой распределены частицы вещества, и дисперсную фазу – совокупность этих частиц.

В основу классификации дисперсных систем положено агрегатное состояние фаз дисперсных систем, размеры и форма раздробленной фазы, интенсивность межфазного взаимодействия, молекулярность, структура.

По степени дисперсности они подразделяются на четыре типа:

– грубодисперсные – грубые взвеси, суспензии, эмульсии, порошки с размером частиц ≥10^–5 м;

– микрогетерогенные 10^–5 – 10^–7 м;

– коллоидно-дисперсные золи с размером частиц 10^–7–10^–9 м;

– молекулярные или ионные растворы с размером частиц менее 10^–9 м.

Дисперсные системы по межфазному взаимодействию среды и фаз делятся на лиофобные и лиофильные.

В лиофобных системах дисперсная фаза слабо взаимодействует с дисперсной средой (суспензии, эмульсии), в лиофильных системах − интенсивно (растворы полимеров, поверхностно-активных веществ).

Частицы дисперсной фазы, структурно связанные в дисперсной системе, образуют гели, а несвязанные − золи.

Дисперсные системы получают двумя путями: 1) физической и химической конденсацией ионов или молекул в агрегаты; 2) диспергированием вещества до частиц коллоидных размеров.

Физическая конденсация может осуществляться при охлаждении паров или путем понижения растворимости веществ при замене растворителя.

Химическая конденсация происходит в результате химических реакций, сопровождающихся образованием труднорастворимых в дисперсионной среде соединений. Примерами могут служить следующие реакции:

2H₂S + O₂ ® 2S + 2H₂O;

2FeCl₃ + 3H₂O ® Fe(OH)₃ + 3HCl;

AgNO₃ + KJ ® AgJ + KNO₃.

Из методов диспергирования особое значение имеет пептизация как физико-химический метод образования золей из “свежих” (рыхлых) осадков. Пептизаторы, растворами которых обрабатывают осадки, способствуют образованию двойного слоя ионов на поверхности частиц осадка, сообщая золю агрегативную устойчивость.

Различают пептизацию адсорбционную, диссолюционную и пептизацию промыванием осадка. При адсорбционной пептизации к осадку добавляют ПАВ или готовый электролит-пептизатор, неиндифферентные ионы которого избирательно адсорбируются на поверхности частиц потенциалообразующего слоя. При диссолюционной пептизации пептизатор образуется в ходе химической реакции между молекулами поверхностных слоев частиц осадка и добавленным реагентом.

Частицы дисперсной фазы в золях обладают сложной структурой, зависящей от условий их получения и природы стабилизатора. Такие частицы называются мицеллами.

Например, частицы гидрозоля иодистого серебра, которые получают приливанием раствора нитрата серебра к раствору иодистого калия (избыток KJ– стабилизатор). Реакция протекает по уравнению

m AgNO₃ + (m + n) KJ → m AgJ n J^– + m KNO₃.

Мицелла имеет следующую структуру:

 

{ m [AgJ] n J^– (n – x) K⁺ }^{– x} x K⁺

123 123

агрегат диффузионный слой

ядро

частица

мицелла

 

Частица дисперсной фазы с окружающим ее диффузионным слоем называется мицеллой; m – число молекул AgJ в агрегате;
n – число избыточных ионов J^–, прочно адсорбированных на поверхности агрегата (как правило, m > n), называемых потенциалообразующими; x – количество ионов, входящих в диффузионный слой; (n - x) – количество противоионов K⁺ в адсорбционном слое. Количество таких ионов калия (n – x) меньше количества адсорбированных ионов иода (n), вследствие чего коллоидная частица имеет отрицательный заряд (– х).

Если получать золь иодистого серебра при некотором избытке нитрата серебра (AgNO₃), то частицы золя иодистого серебра приобретают положительный заряд (в отличие от предыдущего случая):

{ m [AgJ] n Ag ⁺(n – x) NO₃^–}^{+ x} x NO₃^–

Знак заряда коллоидных частиц золей можно определить методам капилляризации.

Метод капилляризации применим для окрашенных золей. В основе этого метода лежит зависимость адсорбируемого золя от знака заряда поверхности адсорбента (фильтровальной бумаги). При смачивании фильтровальной бумаги водой, она поднимается по капиллярам бумаги. При этом стенки капилляров заряжаются отрицательно, а граничащая с ними вода – положительно.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ