В зависимости от вида внешней работы, которая совершается над грубодисперсной системой, диспергационные методы можно подразделить на механическое, ультразвуковое и электрическое диспергирование.

Механическое дробление грубодисперсных систем осуществляется путем: раздробления, удара, истирания, рас­щепления.

Электрическое диспергирование. Этим методом получают коллоидные растворы металлов путем распыления к вольтовой дуге электродов из металла, погруженных в воду. Для получения более стойких гидрофобных золей в воду вводят следы стабилизирующих электролитов. Таким образом, получают гидрозоли щелочных металлов.

Диспергирование широко применяется в различных технологических процессах и постоянно происходит в природе.

4.1.2. Конденсационные методы

Конденсационные методы – это способы получения коллоидных растворов путем объединения (конденсации) молекул и ионов в агрегаты коллоидных размеров. Система из гомогенной превращается в гетерогенную, т. е. возникает новая фаза (дисперсная фаза). Обязательным условием является пересыщенность исходной системы.

Конденсационные методы классифицируют по природе сил, вызывающих конденсацию, на физическую конденсацию и химическую конденсацию.

Физическая конденсация. Первоначально вещество находится в виде молекул или ионов. Необходимо создать условия, при которых оно будет конденсироваться, образуя дисперсную фазу, причем конденсация должна прекратиться, когда частицы достигнут коллоидных размеров. Физическая конденсация может осуществляться из паров или путем замены растворителя.

Конденсация из паров. Исходное вещество находится в паре. При понижении температуры пар становится пе­ресыщенным и частично конденсируется, образуя дисперсную фазу.

Таким путем получают гидрозоли ртути и некоторых других металлов.

Метод замены растворителя. Метод основан на изменении состава и свойств дисперсионной среды. Если, например, спиртовой раствор серы, фосфора или канифоли влить в воду, вследствие понижения растворимости вещества в новом растворителе раствор становится перенасыщенным, и часть вещества конденсируется, образуя частицы дисперсной фазы.

Химическая конденсация. В этих случаях вещество, образующее дисперсную фазу, получается в результате химической реакции. Чтобы в ходе реакции образовался коллоидный раствор, а не истинный раствор или осадок, необходимо соблюдение, по крайней мере, трех условий:

---

1. 
   чтобы вещество дисперсной фазы было нерастворимо в дисперсионной среде;
   
2. 
   чтобы скорость образования зародышей кристаллов дисперсной фазы была гораздо больше, чем скорость роста кристаллов; это условие выполняется обычно тогда, когда концентрированный раствор одного компонента вливается в сильно разбавленный раствор другого компонента при интенсивном перемешивании;
   
3. 
   чтобы одно из исходных веществ было взято в избытке, именно оно является стабилизатором.
   

Методы химической конденсации разнообразны – практически любая химическая реакция, приводящая к образованию новой фазы, может служить способом по­лучения коллоидного раствора. Например:

1. Реакция восстановления: .

2. Реакция окисления: .

3. Реакция гидролиза:. .

4. Реакция обмена: .

Методы конденсации не требуют специальных машин и дают возможность получать дисперсные системы более высокой дисперсности.

4.1.3. Пептизация

Особняком стоит метод пептизации, который заключается в следующем. Измельченный материал (сажа, графит, глина) или промытый осадок вещества, полученный в результате химической реакции осаждения, промывают небольшим количеством раствора пептизатора, в результате образуется высокодисперсная система. Пептизировать можно далеко не все осадки; плотные, тяжелые осадки не поддаются пептизации, наоборот, рыхлые, студенистые осадки, особенно свежеприготовленные, легко пептизируются.

Формально пептизацию можно отнести к методам дис­пергирования, но это неправильно. Пептизируемый оса­док – это уже диспергированный материал, доведенный до коллоидной степени измельчения, в котором частицы в результате слипания образовали крупные агрегаты. Пептизация – это нарушение связей между слипшимися частицами. Чем слабее эти связи, тем легче происходит пептизация.

Строение коллоидной мицеллы

Строение структурной единицы лиофобных коллоидов – 

---

мицеллы – может быть показано лишь схематически, поскольку мицелла не имеет определенного состава. Рассмотрим строение коллоидной мицеллы на примере гидрозоля иодида серебра, получаемого взаимодействием разбавленных растворов нитрата серебра и иодида калия:

AgNO₃+ KI  ––>   AgI + KNO₃

Коллоидная мицелла золя иодида серебра образована микрокристаллом иодида серебра, который способен к избирательной адсорбции из окружающей среды катионов Ag+ или иодид-ионов. Если реакция проводится в избытке иодида калия, то кристалл будет адсорбировать иодид-ионы; при избытке нитрата серебра микрокристалл адсорбирует ионы Ag+. В результате этого микрокристалл приобретает отрицательный либо положительный заряд; ионы, сообщающие ему этот заряд, называются потенциалопределяющими, а сам заряженный кристалл – ядром мицеллы. Заряженное ядро притягивает из раствора ионы с противоположным зарядом – противоионы; на поверхности раздела фаз образуется двойной электрический слой. Некоторая часть противоионов адсорбируется на поверхности ядра, образуя т.н. адсорбционный слой противоионов; ядро вместе с адсорбированными на нем противоионами называют коллоидной частицей или гранулой. Остальные противоионы, число которых определяется, исходя из правила электронейтральности мицеллы, составляют диффузный слой противоионов; противоионы адсорбционного и диффузного слоев находятся в состоянии динамического равновесия адсорбции – десорбции.

Схематически мицелла золя иодида серебра, полученного в избытке иодида калия (потенциалопределяющие ионы – анионы I^–, противоионы – ионы К⁺) может быть изображена следующим образом:

{[AgI]_m· nI^–· (n-x)K⁺}^x–· x K⁺

При получении золя иодида серебра в избытке нитрата серебра коллоидные частицы будут иметь положительный заряд:

{[AgI]_m· nAg⁺· (n-x)NO₃^–}^x+· x NO₃^–

36 Молекулярно-кинетические свойства коллоидных систем. Осмотическое давление. Диффузия. Броуновское движение. Седиментация.

Молекулярно-кинетические свойства коллоидных растворов обусловлены хаотическим тепловым движением молекул дисперсионной среды и проявляются в броуновском движении, диффузии и осмосе.

---

5.2.1. Броуновское движение

Броуновское движение – это непрерывное беспоря­дочное движение частиц микроскопических и коллоидных размеров, не затухающее во времени. Это движение тем интенсивнее, чем выше температура и чем меньше масса частицы и вязкость дисперсионной среды.

Установлено, что броуновское движение обусловлено столкновениями молекул среды, нахо­дящимися в непрерывном тепловом движении, со взвешенными в ней частицами микроскопических или коллоидных размеров. В результате этих столкновений частицы получают огромное число ударов со всех сторон и приобретают поступательное, вращательное и колебательное движение.

Количественной характеристикой броуновского движения принято считать средний сдвиг частицы за время t, т. е. отрезок прямой, соединяющей начальную точку движения (при t=0) с положением частицы в момент t в плоскости горизонтальной проекции, наблюдаемой в микроскоп.

Средний квадратичный сдвиг частицы при совершенной беспорядочности движения может быть вычис­лен на основании статистических законов:

,

где R – универсальная газовая постоянная; N_A – число Авогадро; Т – абсолютная температура; t – время наблюдения; η – коэффициент вязкости; r – радиус частицы.

5.2.2. Диффузия

Диффузией называется самопроизвольный процесс выравнивания концентрации молекул, ионов или коллоидных частиц под влиянием их теплового движения.

Процесс диффузии является необратимым, протекает до полного выравнивания концентраций, так как хаотическое распределение частиц отвечает максимальной энтропии системы.

Для количественного описания диффузии используется первый закон Фика:

,

где m – количество продиффундировавшего вещества; D – коэффициент диффузии; – градиент концентрации; S – площадь, через которую происходит диффузия; τ – продолжительность диффузии.

Коэффициент диффузии

---

численно равен количеству вещества, диффундирующего через еди­ницу площади в единицу времени при градиенте концен­трации, равном единице.

А. Эйнштейн вывел уравнение, связывающее коэффициент диффузии D с абсолютной температурой Т, вязкостью дисперсионной среды η и радиусом частиц дис­персной фазы r:

.

Связь между средним квадратичным сдвигом частиц и коэффициентом диффузии дает уравнение Эйнштейна-Смолуховского:

.

5.2.3. Осмотическое давление

Если коллоидный раствор отделен от чистого растворителя (дисперсионной среды) полупроницаемой мембраной, не пропускающей коллоидные частицы, возникает односторонняя диффузия молекул растворителя в коллоидный раствор, называемая осмосом. Причиной осмоса является хаотическое движение частиц. Подобно броуновскому движению и диффузии, осмос является процессом самопроизвольным. Переход растворителя в коллоидный раствор будет происходить до тех пор, пока постоянно возрастающее гидростатическое давление раствора не воспрепятствует ему. Это давление называется осмотическим давлением.

Осмотическое давление π достаточно разбавленных коллоидных растворов может быть найдено по уравнению Вант-Гоффа для осмотического давления истинных растворов:

,

где М – масса одного моля растворенного вещества; с – массовая концентрация.

Для коллоидных растворов масса 1 моля вещества заменяется массой одной частицы, а массовая концентрация – частичной концентрацией.

Рассмотренные молекулярно-кинетические свойства характерны как для истинных, так и для коллоидных растворов, но у последних они выражены значительно слабее, так как при одной и той же массовой концентрации число частиц в коллоидном растворе значительно меньше, чем в истинном.

---

Смотрите также файлы

• Император ГоНидзё родился как принц Рёфуку в 1288 году в Японии. Он был вторым сыном императора Фукимия и его жены, императрицы Фукико.docx

• Анимационная деятельность на примере гостиницы .docx

• Доклад на тему Проблема человеческой свободы Выполнил(а) студент(ка) группы лд13 Гасанова Лейла Абакан, 2023.docx

• Исследование современных направлений развития в области разработки интерфейса цифрового продукта.docx

• Контрольная работа по дисциплине Выполнение работ по профессии Оператор по исследованию скважин.docx