Минералогия - Бетехтин А.Г.
Скачать (прямая ссылка):
Выступающие по углам решетки анионы оказывают свое влияние не только на ионы, находящиеся в растворе, но также на электрически нейтральные молекулы воды. Как мы потом узнаем, молекула H2O представляет собой диполь и имеет оригинальное строение. Ее можно представить в виде одного иона кислорода, отрицательный заряд которого нейтрализован двумя внедренными в него протонами. Оба протона располагаются на одной стороне, которая заряжена положительно, а противоположная ей — отрицательно. Такое строение молекулы H2O позволяет ей ориентироваться определенным образом (см. фиг. 22): стороной, противоположной двум протонам H1+, она притягивается к катионам. Поскольку электронейтральные молекулы H2O не нейтрализуют влияющего на них заряда катионов, постольку этот заряд распространяется и дальше — на следующие ближайшие молекулы H2O, ориентирующиеся подобным же образом.
Таким образом, вокруг дисперсной частички устанавливается целый рой ионов и ориентированных молекул H2O (фиг. 22). Толщина водной оболочки зависит от рода гидратируемых катионов (удерживающих молекулы H2O). Наиболее сильно гидратируются катионы щелочных металлов. Например, ион Na1+ в водной среде способен удерживать 60—70 ориентированных молекул H2O, тогда как Ca2+ всего лишь до 14 молекул H2O.
Следует также заметить, что в некоторых случаях при воздействии кислот катионы диффузного слоя могут быть заменены анионами. Последние, так же как и катионы, могут быть гидратированными, однако ориентировка молекул воды при этом будет обратная тому, что имеет место для катионов (фиг. 22, справа).
Из всего сказанного можно сделать следующие выводы:
1. Заряженную дисперсную фазу с электрохимической точки зрения можно считать как крупный ион («макроион»), способный в золях при пропускании электротока перемещаться по направлению к тому или иному электроду (явление электрофореза).
2. Дисперсионная среда для дисперсной фазы отнюдь не является растворителем в обычном смысле слова, хотя может содержать и обычно содержит в себе те или иные диссоциированные на ионы соединения.
3. Катионы диффузного слоя могут быть заменены другими, если в силу каких-либо причин изменятся состав и концентрация электролитов в дисперсионной среде. Взаимная замена или вытеснение одних ионов другими в адсорбентах (адсорбирующих коллоидах) происходит ко закону действующих масс.
Описанные явления ненасыщенных валентностей на поверхности дисперсных частиц и связанной с этим адсорбции из раствора катионов или анионов вне всякого сомнения должны иметь место и для крупных кристаллов или кристаллических зерен. Но если мы подойдем к этому вопросу с точки зрения энергетики явлений, то обнаружим колоссальную разницу между настоящими кристаллами и дисперсными фазами.
Поскольку явления адсорбции в коллоидах приурочены к границам между дисперсными фазами и дисперсионной средой, постольку для выражения суммарной поверхностной энергии вещества весьма важное значение имеет общая поверхность дисперсных частиц в единице объема. Эта поверхность, называемая удельной поверхностью, резко возрастает по мере увеличения степени дисперсности вещества. Это нетрудно показать.
Допустим, что мы имеем кубический кристалл какого-либо минерала с ребром, равным 1 см. Его общая поверхность будет равна 6 см2 (удельная поверхность = 6). Если этот куб мы поделим на 8 частей, как показано на фиг. 23, то общая поверхность полученных восьми мелких кубиков будет равна уже 12 см2, а при делении на кубики
см
ленный на восемь Фиг. 24. Зависимость между размерами
кубиков зерен (у) и удельной поверхностью (х)
с ребром в 1 мм = 60 см2. Если мы дальнейшее деление доведем до кубиков с ребром в 1 миллимикрон, т. е. до размера коллоидной дисперсной фазы, то общая поверхность достигнет огромной величины 6000 м2 при общем объеме массы в 1 см3 (т. е. удельная поверхность будет равна 6 • 107). При этом число кубиков достигает цифры 1021.
Таким образом, между удельной поверхностью х и размером зерен у мы имеем обратно пропорциональную зависимость, выражающуюся
простой формулой: Л'=^ • Эту зависимость легко изобразить в виде
графика (фиг. 24).
Из приведенных данных видно, что для крупнокристаллических систем удельная поверхность, а следовательно, и связанная с ней поверхностная энергия имеет настолько ничтожное значение, что ею практически можно пренебречь. Наоборот, в коллоидных системах она приобретает исключительное значение. Именно благодаря этому целый ряд физических и химических свойств коллоидных образований, широко используемых для практических целей, весьма сильно отличается от свойств грубо кристаллических веществ.
Явления диффузии в коллоидных растворах проявляются гораздо слабее, чем в истинных растворах, что объясняется большей величиной частиц дисперсной фазы по сравнению с молекулами. Это обстоятельство сказывается в том, что образующиеся из коллоидных растворов минеральные массы обладают часто крайне неоднородными составом и строением.
Кристаллозоли, т. е. типичные кристаллические среды, содержащие в себе в виде дисперсной фазы какое-либо вещество, часто образуются в результате кристаллизации гидрозолей. Процесс их образования можно сравнить с кристаллизацией (превращением в лед)
