Розділ 6. Методи одержання та очистки колоїдних систем

 

Колоїдні системи за розміром частинок займають проміжне положення між молекулярними та грубодисперсними системами, тому їх можна одержувати або подрібненням більш крупних частинок - метод диспергування, або об’єднанням молекул чи іонів в більш крупні агрегати - метод конденсації.

 

Диспергаційні методи

 

Диспергуванням називають тонке подрібнення твердих матеріалів або рідини і розподілення їх частинок в рідкому або газовому середовищі, внаслідок чого утворюються дисперсні системи: порошки, суспензії, емульсії, аерозолі.

Методи подрібнення крупних утворень до колоїдного стану поділяються на механічні та фізичні.

Механічне диспергування. Це один із основних шляхів утворення колоїдних систем у природі: при обвалах, вивітрюваннях, ерозії і т.п. Штучне механічне диспергування проводять за допомогою різних способів подрібнення.

На подрібнення речовини витрачається енергія, яка дорівнює сумі роботи деформації твердого тіла W_деф, та роботи утворення нових поверхонь W_пов

W=W_деф+W_пов=kV+sDS = k₁d³ + k₂d²s (6.1)

де W - повна робота подрібнення;

k, k₁, k₂ - коефіцієнти пропорційності;

V - об’єм тіла;

d - лінійний розмір одержаних частинок дисперсної фази;

s - енергія утворення одиниці поверхні (поверхневий натяг);

DS - поверхня, яка утворилася при руйнуванні тіла.

Подрібнення матеріалів ведуть за допомогою машин для попереднього подрібнення (ріжучої, розпилювальної або розколювальної дії) та машин для кінцевого подрібнення (млини різних конструкцій). Вибір способу подрібнення залежить від фізичного стану вихідної речовини.

Фізичні методи. Ультразвукове диспергування є прикладом використовування фізичних методів подрібнення. Диспергуюча дія ультразвуку пов’язана з тим, що при проходженні звукової хвилі в рідині проходять місцеві швидкі змінні стиснення та розширення, які і утворюють розривну силу і призводять до диспергування завислих частинок.

До диспергаційних методів одержання колоїдних систем можна також віднести процес пептизації.

В процесі пептизації свіжий (пухкий) осад переводять в золь шляхом його обробки пептизатором: розчином електроліту, поверхнево-активної речовини або розчинником. Під виразом «свіжий» осад розуміють пухкий осад, між частинками якого є прошарки дисперсійного середовища незалежно від часу його існування.

 

Конденсаційні (агрегаційні) методи

Конденсаційні (агрегаційні) методи полягають в укрупненні частинок при агрегації молекул або іонів. Конденсація може мати фізичну або хімічну природу. В обох цих випадках у гомогенному середовищі утворюється нова фаза, яка має колоїдну дисперсність.

У випадку хімічної конденсації нова фаза виникає під час хімічної реакції, яка призводить до утворення нерозчинних в даному середовищі речовин. Це можуть бути реакції відновлення, окислення, обміну, гідролізу та полімеризації.

До методів одержання золів фізичною конденсацією належать заміна розчинника, кристалізація з розчину та конденсація парів.

Метод заміни розчинника оснований на тому, що істинний розчин речовини невеликими порціями додають до рідини, яка добре розчиняє розчинник істинного розчину, але в якій погано розчиняється розчинена речовина, що приводить до виділення її у вигляді високодисперсної фази. Наприклад дисперсна система утворюється при додаванні спиртового розчину каніфолі до води.

Конденсація парів може відбуватися в системах, що містять пересичену пару, це може відбуватися наприклад при різкому охолодженні. У природі при конденсації водяної пари в атмосфері утворюються туман та хмари.

До методів фізичної конденсації також відноситься кристалізація речовин з їх пересичених, або переохолоджених розчинів.