ВУЗ: Ростовский Государственный Медицинский Университет
Категория: Учебное пособие
Дисциплина: Химия
Добавлен: 17.02.2019
Просмотров: 9965
Скачиваний: 53
166
поэтому их получают либо дроблением крупных частиц (диспергировани-
ем), либо ассоциацией (объединением) молекул или ионов в агрегаты
(конденсацией). При получении коллоидных систем необходимо соблю-
дать условия:
-вещество дисперсной фазы должно быть нерастворимо в дисперси-
онной среде;
малая концентрация частиц дисперсной фазы;
наличие стабилизатора.
К диспергационным методам относят:
механическое диспергирование (растирание, дробление) при котором
используются:
- шаровые мельницы (для измельчения тонкодисперсных порошков) и
коллоидные мельницы позволяющие получать наибольшую степень дис-
персности твердого вещества (коллоидную степень дисперсности);
- ультразвуковое диспергирование, основанное на прохождении ульт-
развуковой волны (частота 105 – 106 Гц) через грубосперсную систему и
приводящие к кавитации.
Кавитация (cavitas – лат. - пустота) – образование в жидкости пу-
зырьков с последующим их захлопыванием, приводящее к разрушению
(измельчению) грубодисперсной системы.
Ультразвуковым диспергированием получают коллоидные растворы
смол, красителей, серы, крахмала, лекарственных веществ и др. Преиму-
щество метода в возможности получения стерильных лекарственных форм.
самопроизвольное диспергирование происходит при достаточно
сильном взаимодействии между веществом дисперсной фазы и средой, что
приводит к образованию лиофильных коллоидных систем (золи парафина
в углеводородах, водные растворы углеводородов с большим содержанием
ПАВ (до 40%).
К конденсационным методам относят:
физическую конденсацию:
167
а) конденсация из пара (образование облаков, тумана)
б) метод замены растворителя, в котором образование новой фазы про-
исходит в результате замены «хорошего» растворителя на «плохой», в ко-
тором вещество не растворимо. Необходимым условием этого метода яв-
ляется полная смешиваемость «плохого» и «хорошего» растворителя.
химическую конденсацию, основанную на проведении в растворе
химических реакций, сопровождающихся образованием нерастворимых
или труднорастворимых веществ. При этом стабилизатором обычно слу-
жит электролит, взятый в избытке, или образующийся в результате побоч-
ной химической реакции.
К комбинированным методам, сочетающим в себе и диспергирова-
ние и конденсацию относят:
электрические методы, применяемые для получения золей металлов
(золота, серебра, платины и др.):
а) дуговой метод (метод Бредига), основан на испарении металла элек-
трода в электрической дуге (постоянный ток силой 5-10 А) в водной среде
в присутствии стабилизатора с последующей конденсацией паров в колло-
идные частицы;
б) искровой метод (метод Сведберга) основан на использовании пере-
менного тока высокой частоты путем погружения электродов в металличе-
ский порошок, лежащий в органической дисперсионной среде. Применяет-
ся для получения органозолей металлов.
пептизация – распад агрегатов частиц в дисперсных системах с обра-
зованием коллоидных растворов. Используется в случае перевода свеже-
приготовленных рыхлых (аморфных) осадков в золь.
Различают несколько видов пептизации:
а) адсорбционная пептизация, (непосредственная) происходящая при
физической адсорбции электролита, один из ионов которого способен до-
страивать кристаллическую решетку дисперсной фазы;
б) пептизация под действием ПАВ, способных адсорбироваться на час-
168
тицах, придавать им заряд или образовывать сольватную оболочку, ослаб-
ляющую связь между частицами;
в) пептизация при отмывании осадка происходит при удалении из него
электролита, вызывающего коагуляцию (объединение частиц осадка);
г) химическая (диссолюционная, посредственная) пептизация происхо-
дит с образованием золя при взаимодействии реагента с осадком и с обра-
зованием электролита (стабилизатора, пептизатора) придающего устойчи-
вость золю;
д) пептизация при воздействии ультразвуковой волны, происходящая с
высокой скоростью диспергирования.
Строение мицеллы лиофобных золей.
Элементарная коллоидная частица – мицелла – содержит нерастворимое
в данной дисперсионной среде ядро, состоящее из диспергированного
твердого вещества (агрегата) с адсорбированными ионами (потенциало-
пределяющими ионами – ПОИ). По правилу Панета – Фаянса «на поверх-
ности твердого вещества адсорбируются ионы, способные достраивать его
кристаллическую решетку, т.е. ионы, имеющие общую атомную группи-
ровку с агрегатом». Эти ионы и придают поверхности ядра электрический
заряд. После возникновения заряда ядро притягивает из раствора ионы с
противоположным знаком (противоионы), образуется двойной электриче-
ский слой. Часть противоионов прочно притягивается к ядру, образуя ад-
сорбционный слой противоионов. Ядро вместе с адсорбционным слоем на-
зывается частицей или гранулой. Гранула характеризуется двойным элек-
трическим слоем, который образуется из потенциалопределяющих ионов и
противоионов. Противоионы,, которые находятся вне гранулы, образуют
диффузный слой противоионов.
Схема строения мицеллы (рис. 6.7).
Пример: золь иодида серебра, полученного по реакции взаимодействия
АgNO
3
и KI при избытке KI.
АgNO
3
+ KI → АgI
-
+ КNO
3
169
Рис. 6.7. Строение мицеллы:
1 – агрегат; 2 – потенциалопределяющие ионы; 3 – ядро; 4 – противоины адсорбционного слоя; 5 – про-
тивоионы диффузного слоя; 6 – гранула
6.6. Свойства лиофобных коллоидных растворов: молекулярно-
кинетические, оптические, диализ, электродиализ
Основные свойства лиофобных золей связаны с их ультрамик-
рогетерогенностью, т.е. мельчайшими размерами частиц дисперсной фазы,
и огромной суммарной поверхностью раздела между дисперсной фазой и
дисперсионной средой.
Молекулярно-кинетические свойства (МКС). К ним относятся
свойства, связанные с тепловым движением частиц: броуновское движе-
ние, диффузия, осмос. Эти свойства зависят от размеров и массы частиц
дисперсной фазы (броуновское движение и диффузия), а также от числа
частиц в единице объема системы (осмотическое давление). Так как разме-
ры коллоидных частиц значительно больше размеров отдельных ионов и
молекул, то, при одинаковой массовой концентрации, число коллоидных
частиц в единице объема коллоидного раствора будет гораздо меньше, чем
число молекул или ионов в единице объема истинных растворов низкомо-
лекулярных веществ. Этим объясняется тот факт, что МКС в коллоидных
растворах выражены менее интенсивно, чем в истинных: скорость диффу-
зии коллоидных частиц очень мала, осмотическое давление коллоидных
растворов низкое. Так, осмотическое давление 1% истинного раствора са-
хара составляет 79,5 кПа, а 1% коллоидного раствора сульфида мышьяка
170
(3) As
2
S
3
- всего 3,4×10
-3
кПа.
Оптические свойства. Специфическим свойством коллоидных рас-
творов является их способность рассеивать свет. Это обусловлено гетеро-
генностью коллоидных систем и размерами коллоидных частиц.
Грубодисперсные системы, размеры частиц в которых (r > > 10
-6
м)
значительно превышают длины волн видимого света (???? = (3,6-7,6)×10
-7
м),
отражают свет и поэтому выглядят мутными. В истинных растворах низ-
комолекулярных веществ молекулы и ионы имеют размеры 10
-10
-10
-9
м, что
значительно меньше длин волн видимого света, поэтому они пропускают
свет и являются прозрачными.
Если размеры коллоидных частиц (r = 10
-7
-10
-6
м) соизмеримы с дли-
нами волн видимого света, то такие коллоидные растворы рассеивают свет
вследствие явления дифракции. Рассеяние света можно наблюдать при бо-
ковом освещении коллоидного раствора: в случае точечного источника
света - в виде светящегося конуса (эффект Тиндаля), а при обычном бо-
ковом освещении - в виде голубоватой опалесценции раствора. Согласно
закону Рэлея интенсивность рассеянного света I зависит от интенсивности
I
0
и длины волны
???? падающего света, объема частиц V и их концентрации
с:
I = I
o
K
где К - константа, зависящая от соотношения коэффициентов преломления
дисперсионной среды и дисперсной фазы.
Из этого выражения следует, что чем меньше длина волны падающе-
го излучения, тем больше будет рассеяние. Этим объясняется голубоватая
опалесценция при боковом освещении коллоидных растворов. Красный
свет имеет наибольшую длину волны (620-760 нм) в видимой части спек-
тра и рассеивается в меньшей степени. Поэтому запрещающие сигналы
имеют красный цвет. Рассеянный солнечный свет, который образуется из-
за аэрозольных частиц в атмосфере, имеет голубую окраску и создает го-
лубой цвет неба. На способности золей рассеивать свет основаны такие