Дисперсные системы Коллоидные растворы Дисперсными

Дисперсные системы Коллоидные растворы

• Дисперсными системами называются вещества, раздробленные до частиц большей или меньшей величины и распределенные в другом веществе. • Измельченное (раздробленное) вещество называют дисперсной фазой. • Вещество, в котором распределена дисперсная фаза, называют дисперсионной средой.

Характеристики дисперсных систем • степень дисперсности: где а – линейный размер частицы • удельная поверхность: где Sуд – удельная поверхность, S – общая поверхность частиц, V – объем вещества дисперсной фазы.

Степень дисперсности и удельная поверхность взаимосвязаны: Длина грани, мм Число кубиков Удельная поверхность, см 2 1 1 6 10– 1 103 60 10– 3 109 6· 103 10– 5 1015 6· 105 (60 м 2) 10– 7 1021 6· 107 (6000 м 2)

Классификация дисперсных систем по степени дисперсности: Sуд Молекулярно-дисперсные системы Коллоидные системы Грубодисперсные системы 10 -7 10 -5 10 -3 10 -1 а, см

Примеры коллоидных систем: Грубодисперсных систем: • Пены: суспензии, эмульсии, пены (мыльная пена, муссы). • Суспензии: известковое молоко (Ca(OH)2) взвесь в воде), напитки кофе и какао. • Эмульсии: молоко, маргарин, майонез.

Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию (Оствальд):

Физико-химические особенности коллоидных систем • Молекулы поверхностного слоя коллоидных частиц имеют часть ненасыщенных, некомпенсированных сил взаимодействия, которые представляют собой избыточную энергию. Избыточная энергия называется свободной поверхностной энергией. • Коллоидные системы неустойчивые стремятся к избавлению от избыточной энергии - к само-укрупнению – коагуляции.

Получение, строение и коагуляция коллоидных частиц. Получение: 1 – дробление более крупных частиц до коллоидной степени дисперсности (методы диспергирования). 2 – укрупнение частиц в результате объединения атомов или молекул в агрегаты коллоидной степени дисперсности (методы конденсации).

Получение коллоидов: 10 -7 – 10 -5 см Истинный раствор Механические методы Методы конденсации Коллоидная мельница

Получение золей металлов электрическим диспергированием.

Химические методы конденсации основаны на принципе создания концентраций превышающих равновесные:

Строение коллоидной частицы m[Ag. I]. В случаи избытка в растворе KJ: {m[Ag. I] n. I–(n–x)K+}x– x. K+ агрегат ядро m[Ag. I] гранула мицелла

Строение коллоидной частицы m[Ag. I]. В случаи избытка в растворе Ag. NO 3 : Диффузионный слой Адсорбционный слой m[Ag. I] Гранула Ядро Агрегат Двойной электрический слой

Одноимённый заряд препятствует слипанию, укрупнению коллоидных частиц, тем самым обуславливает устойчивость частиц: m[Ag. I]

Коллоидные системы подвергают очистке от электролитов с помощью диализа. Схема диализатора: Золь H 2 O Мембрана

Схема электродиализатора: 1 2 3 5 6 4 1 – камера, 2 – мембрана, 3 – катодная камера, 4 – мешалка, 5 – анодная камера, 6 – камера с коллоидным раствором.

Очистка коллоидных систем ультрафильтрацией: вода вакуум 1 1 – Коллоидный 2 раствор 3 2 – мембрана 3 – пористая пластинка 4 4 – воронка 5 5 – пробка 6 – колба с газоотводной трубкой 6 7 – фильтрат 7

Свойство коллоидных систем. Эффекта Фарадея – Тиндаля золь Берлинской лазури

Для коллоидных растворов, как и для истинных растворов работают законы Рауля и Вант-Гоффа. • осмотическое давление 1% раствора сахара достигает 509 мм. рт. ст. • осмотическое давление 1% золя сульфида мышьяка – 0, 026 мм. рт. ст.

Электро-кинетические явления. • явления электрофореза и электроосмоса впервые были обнаружены в 1808 году профессором Московского университета Ф. Ф. Рейсом. 1 – вода; 2 – песок; 3 – суспензия глины; Осмос 4 – кусок глины; 5 – перенос частиц глины (электрофоре 6 – перенос воды (электроосмос). 1 3 2 4 5 6

Потенциал Коагуляция коллоидов. ξ Точка ξ – дзета является мерой устойчивости коллоидных частиц Расстояние от поверхности

Коагулирующим действием обладает лишь тот ион электролита, который несет заряд противоположный заряд коллоидной частицы. Такой ион называется коагулирующим.

Правило коагуляции Шульца – Гарди • Порог коагуляции (минимальная концентрация электролита): где Z - валентность коагулирующего иона

Значение порогов коагуляции для одно-, двух - и трех-валентных ионов относятся, как:

φ, скорость коагуляции Зависимость скорости коагуляции от концентрации коагулирующего электролита: 0 Рис. 1 Участок 0 – A коллоидная система устойчива, на участке A – B скорость коагуляции резко возрастает. A B С, моль/л

φ, скорость коагуляции Графически правило Шульца – Гарди (графически) 3 x 0 A 2 x B A 1 x B A Рис. 2 B С, моль/л

Выводы и правила коагуляции. • Коагуляцию вызывают любые электролиты, но с заметной скоростью она происходит только при определенной концентрацией, которая называется порогом коагуляции. • Коагулирующим действием обладает лишь тот ион электролита, заряд которого противоположен заряду коллоидной частицы. При этом его коагулирующая способность выражается тем сильнее, чем выше заряд (правило Шульце – Гарди). • В ряду органических ионов коагулирующее действие возрастает с повышением адсорбционной способности. • В ряду неорганических ионов с одинаковым зарядом их коагулирующая активность возрастает с уменьшением гидратации. В ряду катионов Li+, Na+, K+, Rb+ коагулирующая активность возрастает, а степень гидратации уменьшается. В ряду Cl–, Br–, J–, CNS– коагулирующая активность возрастает, а степень гидратации уменьшается.

Защита коллоидных частиц. • Внесение в коллоидный раствор небольшого количества высокомолекулярных соединений с дифильной структурой.

Золь↔гель обратимые процессы. • Если механически перемешать студень то система переходит в подвижный золь. Через некоторое время золь станет гелем. • Желатин удерживает до 90% воды. • Золь оксида ванадия, имеющий винтовидные частицы образуют гель, содержащий до 99, 9% воды.

Синерезис. • Свежее приготовленный гель (студень) с течением времени подвергается изменениям. Происходит процесс структурирования, при этом начинается разделение системы. Появляется жидкость, а дисперсная среда уплотняется, такой самопроизвольный процесс разделения студня на две фазы, называется синерезисом (отмаканием)