Химия - Фролов В.В.
Скачать (прямая ссылка):
При очень высокой степени дисперсности (коллоидные растворы) самопроизвольное осаждение вообще не наблюдается, так как ничтожно малые силы земного тяготения, действующие на эти частицы, компенсируются броуновским движением, препятствующим осаждению.
Время, необходимое для самопроизвольного осаждения грубо-дисперсных систем, можно определить по закону С т о к с а:
2 1
^ = -g-'-2g(Q1->Q2)—, (8.8)
где w.— скорость осаждения или всплывания частицы, м-р"4; 2/9 — коэффициент обтекания для сферы; g — ускорение силы тяжести (9,81' м «с2); qu q2 — плотности частицы и среды, кг/м3; г] — коэффициент вязкости, кг • м-"1 «с-1; г — радиус частицы, м.
Зависимость скорости или времени осаждения от квадрата радиуса частицы (г) • позволяет сепарировать частицы различной крупности. Например, «тридцатиминутный» карборунд — это особо тонкий порошок абразива, оседающий в воде в течение 30 мин. В. настоящее время этот метод исследования остался,, но терминология изменилась и частицы характеризуются размером.
219
Методы получения дисперсных систем. Все способы получения дисперсных систем сводятся к двум методам — диспергирования и конденсации. Метод диспергирования чаще применяют для получения грубодисперсных систем: коллоидные мельницы, дезинтеграторы.
Высокодисперсные системы, или коллоидные растворы, получают методами конденсации, которые принципиально сводятся к тому, что частицы дисперсоида образуются за счет объединения молекул или атомов в агрегаты, которые могут представлять собой микро-или субмикрокристаллы или аморфные скопления. Приведем некоторые способы получения коллоидных систем этим методом.
Испарение и конденсация. Если возбудить в воде дуговой электрический разряд между двумя проволоками из Р1:, А§ или золота, то пары металла, испарившегося в дуговом разряде, конденсируются в микро- или субмикрокристаллы, на поверхности которых сорбируются ионы ОН", создавая отрицательный потенциал частиц и стабилизируя этим самым коллоидный раствор.
Коллоиды получаются полидисперсные. Коллоидный раствор золота окрашен в красный цвет.
При сварке стали под водой в 'зоне сварки образуется красно-коричневое облако — коллоидный раствор гидроксида железа (III). Железо, испаряющееся в дуге, конденсируется и реагирует с водой:
Ре н- ЗН20 Ре (ОН) з + ЗН21
Мельчайшие частицы гидроксида адсорбируют из воды ионы и образуют коллоидный раствор, мешающий продолжать процесс сварки.
Смена растворителей. Если подобрать растворитель так, чтобы дисперсоид в нем давал истинный раствор, а сам растворитель растворялся в дисперсионной среде, то при добавлении этого раствора в дисперсионную среду можно получить дисперсную систему в результате объединения между собой молекул дисперсоида, выпадающего из раствора. Так можно получать коллоидные растворы высокомолекулярных органических соединений в воде. Подобные растворы применяются при нанесении электроизоляционных слоев методом электрофореза (см. далее).
Используя этот процесс, мы получим полидисперсные системы с диаметром отдельных частиц, измеряющихся в широких пределах.
Грубые частицы суспензий и эмульсий можно выделить путем отстаивания, их массы настолько велики, что броуновское движение не компенсирует для них силу тяжести и они оседают или всплывают в зависимости от их плотности по закону Стокса.
Химические реакции с образованием труднорастворимых веществ в дисперсионной среде. Такими реакциями могут быть процессы гидролиза, окисления — восстановления, выпадения осадков и т. д. Так можно получать высокодисперсные системы, однородные по степени дисперсности
220
Примером использования гидролиза может служить получение коллоидного раствора гидроксида железа (III), Если несколько капедь раствора FeCl3 влить в стакан с кипящей водой (бидистил-лят), то в стакане распространяется облако красно-коричневого цвета, при размешивании которого весь объем жидкости принимает однородную окраску крепкого чая. В этих условиях обратимый процесс гидролиза сдвинут вправо:
FeCI3 + 3PLO -> Fe (ОН) з | + ЗНС1
Мельчайшие частички гидроксида железа, обладая огромной и очень активной поверхностью, адсорбируют ионы Fe3+. При этом на частицах образуется положительный потенциал, препятствующий их слипанию. В результате имеем коллоидный раствор (золь) гидроксида железа.
Окислительно-восстановительные реакции можно использовать для получения коллоидного раствора золота. Восстанавливают раствор Н[АиС14] формалином или глюкозой:
о о
• . II II
2Н [AuCI4] + ЗН—С—H->-2Au \ + 8НС1 + ЗН—С—ОН
Субмикрокристаллы золота адсорбируют ионы ОН~ из раствора и образуют коллоидный раствор красного цвета.
Реакцией неполного осаждения хорошо получаются коллоидные растворы сульфидов. Например, в очень разбавленный раствор As203 медленно пропускают пузырьки H2S.
As203 -|- 3H2S -у As2S3 + 3H20
Частички As2S3 адсорбируют на своей поверхности ионы HS-' и S2~ из раствора и получают отрицательный потенциал. В результате образуется коллоидный раствор желтого цвета.
Приготовление коллоидных растворов требует исключительной чистоты и точности, так как малейшее загрязнение может вызвать его разрушение. Коллоидные растворы — очень неустойчивые системы и могут существовать в узких пределах концентраций электролитов, в том числе и тех, из которых они готовятся. Для понижения концентрации электролитов коллоидные растворы подвергают диализу (Грэхем) или электродиализу. Явление диализа заключается в том, что вода и ионы проходят через полупроницаемые перегородки, а коллоидные частицы не проходят. Ускоряя движение ионов наложенным электрическим полем, снижения концентрации электролита в коллоидном растворе можно достичь довольно быстро.
