Главная Случайная страница Контакты | Мы поможем в написании вашей работы! | ||
|
3.4.1 Строение коллоидной частицы. При взаимодействии водных растворов нитрата серебра и иодида калия продуктами реакции являются осадок иодида серебра и растворимая соль нитрат калия:
AgNO3 + KJ = AgJ¯ + KNO3.
Но данную реакцию можно провести так, что получится тонкая взвесь иодида серебра – коллоидный раствор – дисперсная система, структурными единицами которой будут являться т. н. коллоидные частицы (гранулы), а дисперсионной средой явлается водный раствор нитрата калия; данная гетерогенная система способна достаточно долго сохранять равномерное распределение частиц дисперсной фазы в дисперсионной среде.
Рассмотрим случай, когда к избытку KJ будем приливать мелкими порциями AgNO3.
Агрегат твердых частиц mAgJ обладает избыточной поверхностной энергией. Для того чтобы ее уменьшить, он адсорбирует находящиеся в жидкой дисперсионной среде одноименные ионы, в нашем случае – это nJ–, и приобретает электрический заряд. Поэтому ионы nJ– называются зарядообразующими (или потенциалопределяющими). Агрегат и адсорбированные зарядообразующие ионы образуют ядро коллоидной частицы, которое притягивает к себе из среды противоионы, т. е. K+. Противоионы гидратированы, и поэтому вместе с ними в коллоидную частицу приходит вода, молекулы которой создают гидратную оболочку.
Таким образом, возникает двойной электрический слой (ДЭС), состоящий из ионов на поверхности (потенциалопределяющих ионов) и из компенсирующих заряд поверхности ионов (противоионов) в растворе (рисунок 6); причем часть противоионов находится в прилегающем к поверхности и прочно связанном с ней адсорбционном слое – (n–x)K+·yH2O, а другая часть – в диффузном слое, удаленном от поверхности – xK+·zH2O.
Рисунок 6 – Двойной электрический слой мицеллы золя
Частицу дисперсной фазы вместе с двойным электрическим слоем называют мицеллой; она является нейтральной.
В общем виде строение мицеллы {[mAgJ·nJ–·(n –x)K+·yH2O]x –+xK+ ·zH2O}o
можно представить так:
{ агрегат потенциалопределяющие ионы противоионы } противоионы
|_ mAgJ ____| |______ nJ– __________________| | n –x)K+ ·yH2O | |_ xK+ ·zH2O _|
|_________________________________________| диффузный слой
ядро
|_____________________________________________|
адсорбционный слой
|___________________________________________________________|
коллоидная частица
|____________________________________________________________________________|
мицелла
Если приготовить золь, приливая мелкими порциями KJ к избытку AgNO3, то образуются коллоидные частицы иного строения (рисунок 7). Ядро то же, что в первом случае, – mAgJ. Одноименными ионами из раствора и поэтому потенциал-определяющими будут являться катионы Ag+ (они в избытке). Соответственно, противоионами из среды – NO3–. В гидратированном виде последние формируют адсорбционный и диффузный слои. Заряд коллоидной частицы – х+. Мицелла имеет вид:
{[mAgJ·nAg+·(n –x)NO3– ·yH2O]х+ + xNO3– ·zH2O}o.
а) – при избытке KJ; б) при избытке AgNO3
Рисунок 7 – Схема строения коллоидной мицеллы золя
При движении частицы в растворе происходит разрыв мицеллы на две части: твердую частицу с противоионами адсорбционного слоя, называемую коллоидной частицей, и противоионы диффузного слоя. Границу, по которой происходит разрыв мицеллы, называют границей скольжения. Плоскость скольжения, как правило, не совпадает с границей, разделяющей адсорбционный и диффузный слои, а несколько смещена от нее в сторону раствора. Электрический потенциал на плоскости скольжения называется электрокинетическим или дзета-потенциалом.
3.4.2 Электрокинетические свойства коллоидных растворов. Наличием на частицах дисперсной фазы ДЭС обусловлены электрокинетические свойства коллоидных растворов: электроосмос, электрофорез.
Перенос частиц дисперсной фазы в электрическом поле к электроду, знак заряда которого противоположен знаку заряда частицы, называется электрофорезом.
Электроосмос – это течение жидкости через капиллярные системы под влиянием разности потенциалов. В случае электроосмоса подвижны гидратированные противоионы, которые увлекают прилегающие к ним слои воды. И так называемый электроосмотический перенос частиц дисперсионной среды направлен к электроду, имеющему тот же знак, что и поверхность капилляра.
Интенсивность всех электрокинетических явлений определяется значением дзета-потенциала. Введение в золь растворов электролитов приводит к изменению строения ДЭС и, как следствие, значения дзета-потенциала.
Гели
Большинство лиофильных золей (см. пункт 3.2.4) в определенных условиях способны превращаться в студнеобразные массы, получившие название студней или гелей. Переход золя в гель называют также реакцией желатинирования. Она может вызываться различными факторами: действием электролитов, изменением температуры.
Переход в студнеобразное состояние сопровождается коагуляцией, что придает дисперсной системе качественно новые, структурно-механические свойства; дисперсная структура приобретает прочность и, тем самым, способность служить материалом.
Студни и гели встречаются в природных и в промышленных продуктах. К природным относятся такие минералы, как опал, агаты. Студнями являются многие пищевые продукты – простокваша, мармелад, сыр, кисель. Твердение вяжущих строительных материалов (цементов и др.) проходит через стадию образования гелей.
Рассмотрим процесс дегидратации (обезвоживания) гидрогелей. Такого рода процессы играют важную роль при формировании минералов и горных пород из некоторых коллоидных отложений, при твердении цементных строительных растворов и бетонов, при очерствлении хлеба, при некоторых производственных процессах сушки и пр.
Обезвоживание геля может происходить различными путями –
испарением воды (частиц дисперсионной среды) при обычных температурах или при нагревании, а также в результате химического связывания ее другими веществами.
По мере обезвоживания геля изменяются его характер пористости и различные свойства. Из мягкой студнеобразной массы гель постепенно превращается в твердое камневидное тело с высокой прочностью. Высохшие (твердые) гели называют ксерогелями. К ним относятся, например, высохший клей, кремень, опалы и др.
Явление тиксотропии. Некоторые гели обладают способностью обратимо разжижаться при механических воздействиях – встряхивании, перемешивании, вибрировании и др. например, при встряхивании гель разжижается и превращается в золь, который в спокойном состоянии вновь переходит в гель. Подобные превращения могут быть повторены несколько раз. Это явление получило название тиксотропии. Оно используется в процессах вибрирования бетона при заполнении форм – вибрирование препятствует структурированию геля, тем самым обеспечивается более плотная укладка материала.
Застудневание золя в общем случае можно объяснить как результат связывания его частиц с образованием из них непрочной коагуляционной сетки, в петлях которой удерживаются компоненты дисперсионной среды. Характер связи между частицами может быть различным. Вопрос этот еще не получил однозначного решения. Тиксотропия свойственна тем гелям, у которых силы, связывающие частицы между собой, являются более слабыми, чем силы валентной связи.
Контрольные вопросы
1 Как классифицируются дисперсные системы по размеру частиц дисперсной фазы?
2 Обоснуйте классификацию дисперсных систем по агрегатному состоянию дисперсной фазы и дисперсионной среды. Приведите примеры технического и инженерно-строительного профиля.
3 Как классифицируются дисперсные системы по силе межмолекулярного взаимодействия в них?
4 Объясните, почему коллоидно-дисперсные и грубодисперсные системы являются термодинамически неустойчивыми.
5 Приведите примеры получения золей путем химической конденсации.
6 Объясните причину возникновения конуса Тиндаля при падении луча света на золь.
7 Какими способами можно отличить золь от грубодисперсной системы? На каких свойствах основаны эти способы?
8 Какие явления наблюдаются при наложении разности потенциалов на коллоидный раствор?
9 Сопоставьте два типа устойчивости дисперсных систем, укажите, чем они обусловлены, а также возможные причины потери устойчивости.
Задание 1. Укажите диффузный слой противоионов для мицеллы
{[mAgBr∙nBr– ·(n-x)Na+·yH2O]x– ·xNa+·zH2O}:
а) mAgBr; | г) [mAgBr∙nBr– ·(n-x)Na+·yH2O]x–; |
б) mAgBr∙nBr–; | д) xNa+·zH2O; |
в) (n-x)Na+·yH2O; | е) nBr–. |
Задание 2. Укажите структуру ядра для мицеллы
{[mAgBr∙nBr– ·(n-x)Na+·yH2O]x– ·xNa+·zH2O}:
а) mAgBr; | г) [mAgBr∙nBr– ·(n-x)Na+·yH2O]x–; |
б) mAgBr∙nBr–; | д) xNa+·zH2O; |
в) (n-x)Na+·yH2O; | е) nBr–. |
Задание 3. Укажите, какие ионы являются потенциалопределяющими для мицеллы
{[mAgBr∙nBr– ·(n-x)Na+·yH2O]x– ·xNa+·zH2O}:
а) xNa+·zH2O; | г) mAgBr; |
б) (n-x)Na+·yH2O; | д) [mAgBr∙nBr– ·(n-x)Na+·yH2O]x–; |
в) mAgBr∙nBr–; | е) nBr–. |
Задание 4. Укажите заряд коллоидной частицы для мицеллы
{[mAgBr∙nBr– ·(n-x)Na+·yH2O]x– ·xNa+·zH2O}:
а) положительный;
б) отрицательный;
в) не имеет заряда;
г) в зависимости от силы тока.
Задание 5. Укажите плотный слой противоионов для мицеллы {[mAgBr∙nBr– ·(n-x)Na+·yH2O]x– ·xNa+·zH2O}:
а) mAgBr∙nBr–; | г) (n-x)Na+·yH2O; |
б) mAgBr; | д) nBr–; |
в) [mAgBr∙nBr– ·(n-x)Na+·yH2O]x–; | е) xNa+·zH2O. |
Задание 6. Диффузный слой противоионов для мицеллы
{[mAgBr∙nAg+·(n-x)NO3– ·yH2O]x+ ·xNO3–·zH2O}
имеет состав:
а) mAgBr∙nAg+; | г) xNO3–·zH2O; |
б) nAg+; | д) [mAgBr∙nAg+·(n-x)NO3– ·yH2O]x+; |
в) mAgBr; | е) (n-x)NO3–. |
Список литературы
1 Коровин, Н.В. Общая химия: учебник / Н. В. Коровин. – М.: Высш. шк., 1998. – 559 с.: ил.
2 Глинка, Н. Л. Общая химия: учеб. пособие для вузов / Н. Л. Глинка; под ред. А. И. Ермакова. – 30-е изд., испр. – М.: Интеграл-Пресс, 2006. – 728 с.
3 Щукин, Е. Д. Коллоидная химия: учебник / Е. Д. Щукин, А. В. Перцов, Е. А. Амелина. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 2004. – 445 с.: ил.
4 Неорганическая химия: Т.1: Физико-химические основы неорганической химии / Под ред. Ю. Д. Третьякова. / М. Е.Тамм, Ю. Д. Третьяков; – М.: Академия, 2004. – 240 с.
5 Гельфман, М. И. Коллоидная химия / М. И. Гельфман, О. В. Ковалевич, В. П. Юстратов. 3-е изд., стер. – СПб.: Лань, 2005. – 336 с.
6 Жарский, И. М. Теоретические основы химии: учеб. пособие / И. М. Жарский, А. Л. Кузьменко, С. Е. Орехова. – Минск: Аверсэв, 2004. – 397 с.: ил.
7 Кругляков, П. М. Физическая и коллоидная химия: учеб. пособие / П. М. Кругляков, Т. Н. Хаскова. – М.: Высш. шк., 2005. – 319 с.: ил.
Дата публикования: 2015-10-09; Прочитано: 638 | Нарушение авторского права страницы | Мы поможем в написании вашей работы!