Физическая химия силикатов и других тугоплавких соединений - Горшков В.С.
ISBN 5-06-001389-8
Скачать (прямая ссылка):
158
ИЛИ
РеС13 + ЗНОН Ре (0Н)3 + ЗНС1
Вследствие взаимной коагуляции отрицательно заряженных твердых частиц, находящихся в воде, и положительно заряженных частиц гидроксидов алюминия или железа происходит быстрое оседание частиц взвеси совместно с осадками А1(0Н)3 или Ре(ОН)3.
Наряду с этим коагуляцию золей можно вызвать повышением температуры, способствующей уменьшению сольватации ионов диффузного слоя частиц и снижающей при этом ^-потенциал.
Коагуляция является процессом обратимым, который, в зависимости от условий, может протекать не до конца, а с установлением динамического равновесия. Процесс, обратный коагуляции, т. е. переход коагулята в золь, называется пептизацией или дезагрегацией. При пептизации частицы скоагулировавшего осадка в результате адсорбции тех или иных ионов приобретают одноименный заряд, взаимно отталкиваясь, переходят в раствор, образуя золь. В результате адсорбции происходит повышение ^-потенциала частиц и увеличение степени их сольватации (гидратации). Чем меньше времени прошло с момента коагуляции, тем более вероятна пептизация осадка. По мере постепенного агрегирования частиц уменьшаются и дисперсность, и поверхностная энергия, что делает процесс пептизации необратимым.
Пептизацию возможно вызвать удалением электролита промыванием осадка. Так, промыванием водой возможно провести пептизацию глины. При этом на поверхности частиц глины возникают ионно-сольватные слои, ослабляющие связь между частицами глины. Добавление небольшой массы пептизатора позволяет восстановить структуру двойного электрического слоя. Так, пептизацию осадка гидроксида железа (III) можно вызвать небольшими добавками соляной кислоты или хлорида железа. Образующиеся при этом в растворе потенциалопределяющие ионы Ре3+ и РеО+ адсорбируются частицами осадка. Амфотерные коагуляты, например А1(0Н)з, пептизируются при такой добавке щелочей или кислот, которой достаточно для увеличения ^-потенциала.
Стабильность гидрофобных золей зависит большей частью от заряда частиц, в то время как для гидрофильных золей это менее важно, поскольку они стабилизируются посредством сольватации или гидратации.
Проведенные П. А. Ребиндером исследования показали, что адсорбционно-сольватные слои следует рассматривать как двухмерные квазикристаллические прослойки, которые обладают сопротивлением сдвигу и высокой вязкостью, образуя структурно-механический барьер, препятствующий контакту частиц. Создающие структурно-механический барьер вещества (в основном поверхностно-активные и высокомолекулярные) названы стабилизаторами.
159
Коллоидные растворы коагулируют пои невысокой концентрации электролитов. Однако устойчивость их может быть значительно повышена путем создания дополнительно на поверхности частиц адсорбционных слоев с повышенными структурно-механическими свойствами. Стабилизация лиофобного золя за счет добавления незначительной массы высокомолекулярных (лиофильных) соединений (желатина, казеината натрия, мыла, белков и пр.), способствующих образованию на поверхности частиц адсорбционно-соль-ватных слоев, полностью предотвращая коагуляцию электролитами, называется защитным действием стабилизаторов. Для количественной оценки защитных свойств различных веществ введено понятие «золотого числа», под которым понимают ту минимальную массу стабилизирующего вещества (в мг), которую следует добавить, чтобы защитить 10 мл красного золя золота от коагуляции с появлением синей окраски при добавке к золю 1 мл 10%-ного раствора хлорида натрия. Например, «золотое число» желатины равно 0,008. Это значит, что 0,008 мг ее защищает 10 мл золя золота от коагуляции 1 мл 10%-ного раствора ЫаС1.
5.3. ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫЕ ВЕЩЕСТВА В СИЛИКАТНЫХ СИСТЕМАХ
Поверхностно-активные вещества (ПАВ) способствуют снижению поверхностного (межфазного) натяжения вследствие адсорбции и ориентации молекул на поверхности раздела фаз. Они характеризуются незначительной величиной максимально возможной концентрации их в растворе в молекулярной форме, способностью образовывать мицеллы выше определенной, так называемой критической концентрации мицеллообразования (ККМ), связанной с уменьшением свободной энергии системы, а также солюбизацией водонерастворимых веществ внутри мицелл. ПАВ в основном являются органическими соединениями, молекулы которых имеют дифильное строение, т. е. содержат лиофильные (гидрофильные) и лиофобные (гидрофобные) группы атомов. Гидрофильные группы способствуют растворению ПАВ в воде, а гидрофобные (в основном углеводородные) — в неполярных средах. При адсорбции дифильных молекул гидрофильные группы атомов ориентируются в сторону полярной (например, водной) фазы, а гидрофильные — в сторону неполярной (углеводородной) фазы.
Относительно воды к поверхностно-активным веществам относятся многие органические соединения (жирные кислоты с большим углеводородным радикалом, соли этих кислот (мыла), суль-фокислоты и их соли, спирты, амины). Обладающая значительным дипольным моментом и хорошо гидратирующаяся полярная группа обусловливает сродство ПАВ к воде. Гидрофобная углеводородная группа (радикал) является причиной пониженной растворимости этих соединений.
