Химия - Фролов В.В.
Скачать (прямая ссылка):
Коллоидные растворы, подвергнутые.диализу, сохраняются довольно долго (годы и десятки лет). Но активность поверхности постепенно утрачивается за счет явлений релаксации (переход более активных участков поверхности в менее активные) и раствор разрушается. Этот процесс называют старением коллоидных систем.
221
Строение коллоидных растворов. Коллоидный раствор, или золь, представляет собой высокодисперсную систему из отдельных сложных частиц дисперсоида — мицелл — и жидкой дисперсионной среды. Мицеллы дисперсоида неоднородны и имеют сложное строение.
Рассмотрим строение мицеллы на примере образования коллоидного раствора . гидроксида железа (III). Коллоидный раствор Ре(ОН)3 получается в результате быстрого гидролиза РеС13 при вливании его раствора в кипящую воду. При этом зарождается большое число частиц Ре(ОН)3, которые и служат ядром коллоидной частицы |Ре(ОН)з]„г.
На поверхности этих агрегатов сорбируются ионы Ре3+, удерживающие около себя частично ионы хлора:
{|Те(ОН)з]„„ мРе:,+,3(я-х)СГ};и+
Ядро вместе с адсорбированными ионами называют частицей, а вместе с противоионами, нейтрализующими эту частицу,—мицеллой:
{[Ре(ОН)3]„„ лРе3+, 3(п-х)С\^х+ЗхС\-
мицелла
Если в состав мицелл входят молекулы дисперсионной среды, то такие коллоидные растворы называют лиофильными (гидрофильными в том случае, если дисперсионной средой является вода), и они обладают большей устойчивостью. Если в состав мицелл молекулы дисперсионной среды не входят, то такие коллоидные растворы обладают меньшей устойчивостью и носят название лиофобных (или гидрофобных).
Рассмотренный выше коллоидный раствор — золь гидроксида железа — обладает устойчивостью потому, что в его частицу входит некоторое количество воды и он находится на границе между лио-фобными и лиофильными коллоидами.
Можно повысить устойчивость коллоидного раствора, например серебра, осадив на его частицы тонкие слои желатины, которая является типичным лиофильным или гидрофильным коллоидом (так называемое серебро, по Кольшютеру).
Распределение электрических зарядов в коллоидной частице создает двойной электрический слой, характеризующийся (^-потенциалом, который для золя гидроксида железа положителен.
Частица коллоидного раствора золота, стабилизированного ионами гидроксида, будет иметь отрицательный потенциал:
{(Аи)ш, п[Аи(ОН)4Г, (п-х)Н+}х-хН+
частица
Знак потенциала коллоидной частицы можно определить "по перемещению слоя коллоидного раствора в электрическом поле.
Если слить вместе коллоидные растворы, частицы которых име
222
ют различные по знаку потенциалы, то мгновенно происходит их взаимное разрушение — коагуляция.
Вообще можно получить коллоидные растворы одного и того же вещества, но с различными зарядами частиц. Так, например, золь кремниевой кислоты [Si02]m в зависимости от способа получения имеет положительный или отрицательный заряд частицы. Можно также перезарядить некоторые гидрофильные золи (белки) в зависимости от рН среды.
Коагуляция, седиментация и пептизация коллоидных растворов. Изменение потенциала коллоидной частицы приводит к слипанию частиц между собой, что снижает степень дисперсности и устойчивость коллоидного раствора. Этот процесс называется коагуляцией. Если процесс коагуляции незначителен, то коллоидный раствор сохраняется. Так, если окраска золя золота изменяется из красной в фиолетовую, то это указывает, что имеет место процесс коагуляции. Если, коагуляция продолжается, то раствор мутнеет и укрупнившиеся хлопья дисперсоида начинают осаждаться. Этот процесс называется седиментацией.
Коагуляция и седиментация коллоидных растворов могут быть вызваны длительным нагреванием или изменением концентрации электролита дисперсной среде. При увеличении концентрации ионов в коллоидном растворе внешние ионы мицеллы проникают в частицу и, уменьшая потенциал ее, вызывают процесс коагуляции.
Например, добавление ионов SO2"" в коллоидный раствор Fe(OH)3 приводит к его коагуляции:
{[Fe(OH)3]M, nFe3+, 3(я-*)СП3*+ + ЗАГСГ + SO't-* ->{[Fe(OH)3]„„ nFe3+, ЗпСГ}0! + SOii"
Если из коллоидного осадка удалить ионы, вызвавшие коагуляцию, то в некоторых случаях (обратимые коллоиды) можно снова получить золь. В рассмотренном примере осаждение ионов SO2™ ионами Ва2+ с образованием осадка BaS04 приведет вновь к образованию коллоидного раствора. Этот процесс называют пептиза-цией.
Осадки после коагуляции могут иметь различный характер. Лиофильные и гидрофильные коллоиды дают желеобразные осадки—гели. Так, например, золь кремниевой кислоты дает гель, содержащий большое количество увлеченной воды. Высушивая этот гель, можно получить превосходный адсорбент — сил.икагель. Однако последние молекулы воды гель кремниевой кислоты отдает при температуре выше 700 К-
Электрические свойства коллоидных растворов. Электрофорез. В электрическом поле коллоидная мицелла подвергается изменению, так как частица должна двигаться в одном направлении, а проти'воионы — в другом. Этот своеобразный «электролиз» в коллоидных растворах, отделяющий заряженные частицы от проти-воионов мицелл, называется электрофорезом.. Исследование электрофореза значительно расширило наши представления о строении коллоидных растворов.
