Лиофобные коллоидные растворы

Любое вещество может быть получено в коллоидном состоянии при соблюдении следующих условий:

- малая растворимость ДФ, т.е. плохое сродство к дисперсионной среде,

- размеры частиц ДФ (10^-9 ÷ 10^{-6 м),}

- присутствие в системе стабилизатора.

В биологических системах, например в крови человека, содержится малорастворимые соли кальция, магния, холестерин и др. малорастворимые вещества. Эти системы представляют собой лиофобные коллоидные растворы. Их называют лиозолями или золями.

Получение лиозолей.

По размерам частиц дисперсной фазы коллоидные растворы занимают промежуточное положение между грубодисперсными системами (гетерогенными) и истинными растворами (гомогенными системами). Поэтому методы получения коллоидных растворов подразделяются на следующие принципиальные направления:

· диспергационные методы. Они связаны с измельчением ДФ гетерогенных систем в присутствии стабилизатора до коллоидного состояния.

· конденсационные методы. Они связаны с объединением молекул или ионов в истинных растворах в более крупные коллоидные частицы.

· отдельную группу составляют методы пептизации, в которых степень дисперсности системы не меняется.

Диспергация гетерогенных систем осуществляется механическим путем в коллоидных мельницах, электрическим распылением в вольтовой дуге или с помощью ультразвука.

Конденсационные методы основаны на проведении химических реакций в растворах с образованием нерастворимых или труднорастворимых веществ. При этом используются различные типы реакций: восстановление, окисление, разложение, гидролиз и т.д. необходимыми условиями являются:

- использование достаточно разбавленных растворов,

- небольшой избыток одного из реагирующих веществ, которое выполняет роль стабилизатора образующихся коллоидных частиц.

К конденсационным методам относится также метод замены растворителя:

- в истинном растворе хороший растворитель замещается на плохой для данного вещества, это приводит к уменьшению взаимодействия между веществом и растворителем и укрупнению частиц вещества до коллоидных (например, разбавление духов водой).

Метод пептизации впервые был предложен биохимиками. В отличии от других методов образования коллоидных растворов при пептизации не происходит изменения степени дисперсности частиц. Ионы или молекулы пептизатора, адсорбируясь на поверхности коллоидных частиц свежеполученного осадка, обусловливают их переход в золь.

Пептизация – процесс, обратный коагуляции. По механизму действия различают адсорбционную (непосредственную) и диссолюционную (посредственную или химическую) пептизацию:

- при непосредственной пептизации на поверхности частиц перед их разделением адсорбируется добавленный пептизатор.

- при посредственной пептизации на поверхности частиц адсорбируется продукт взаимодействия пептизатора с веществом дисперсной фазы (вновь полученный пептизатор).

Пептизация играет существенную роль в моющем действии мыл и детергентов (ПАВ), в повышенной растворяющей способности сыворотки крови по отношению к ряду плохорастворимых в воде веществ, в диспергировании свежеобразованных тромбов под действием пептизаторов – антикоагулянтов, в эмульгировании жиров в кишечнике с помощью желчных кислот перед их всасыванием, в рассасывании атеросклеротических бляшек, почечных и печеночных камней и др.

 

СТРОЕНИЕ МИЦЕЛЛЫ ЛИОЗОЛЯ

Лиофобные коллоидные растворы образуются в присутствии стабилизатора – электролита, ионы которого, адсорбируясь на частицах дисперсной фазы, образуют на них двойной электрический слой (ДЭС), обеспечивающий устойчивость дисперсной системы.

Мицелла лиозоля – это микросистема, состоящая из микрокристалла дисперсной фазы, окруженного сольватированными ионами стабилизатора.

Строение мицеллы золя зависит от условий его получения.

Мицелла состоит из электронейтрального агрегата и ионогенной части. Масса коллоидной частицы сосредоточена главным образом в агрегате, представляющем собой сотни атомов и молекул, т.е. частичку кристаллической решетки данного труднорастворимого вещества.

Ионогенная часть подразделяется на адсорбционный и диффузный слои. При образовании ионогенной части происходит избирательная адсорбция ионов стабилизатора. Согласно правилу Панета-Фаянса, первоочередным сродством обладают ионы, входящие в состав кристаллической решетки агрегата или изоморфные к ней. Она называются потенциалопределяющими ионами, т.к. определяют знак заряда ядра мицеллы, т.е. частички твердой дисперсной фазы.

Ядром мицеллы лиозоля называется микрокристалл малорастворимого вещества, на поверхности которого адсорбированы потенциалопределяющие ионы, сообщающие ему заряд.

Вблизи заряженной поверхности ядра за счет электростатического притяжения группируются противоионы стабилизатора, которые находятся в жидкой фазе мицеллы. Таким образом мицелла, как и любая гетерогенная система, содержащая подвижные ионы, имеет на границе раздела фаз двойной электрический слой (ДЭС).

Часть противоионов плотно прилегает к ядру мицеллы, частично компенсируя его заряд. Эти противоионы называются адсорбционным слоем или "неподвижной" частью ДЭС. Ядро вместе с адсорбционным слоем противоионов называется гранулой. Гранула имеет такой же знак заряда, какой у потенциалопределяющих ионов, т.е. у ядра.

Остальные противоионы, необходимые для компенсации заряда гранулы, располагаются вокруг гранулы более рыхло, т.е. подвижно или свободно. Эту часть противоионов называют диффузным слоем ДЭС.

Гранула вместе с окружающим её диффузным слоем противоионов составляет мицеллу. В отличие от гранулы мицелла электронейтральна и не имеет строго определённых размеров.

 

I. Обучающие задачи:

1. Рассмотрим образование мицеллы коллоидного раствора йодида серебра при взаимодействии разбавленных растворов нитрата серебра и йодида калия, взятого в избытке. Роль стабилизатора в этом случае выполняют ионы K⁺ и J^- избыточного количества KJ. Процесс описывается уравнением:

m AgNO₃ + (m+n) KJ ® m AgJ · n J^- + n K⁺ + m KNO₃

^изб. ¯

твердая фаза

(ядро мицеллы)

потенциал-

определяющие

агрегат ионы

{m AgJ · n J^- · (n-x) K⁺}^x- · x K⁺

ядро адсорбционный диффузный

слой слой

противоионов противоионов

 

гранула

мицелла

2. Если данная реакция проводится в избытке AgNO₃ (стабилизатор), будет получаться положительный золь йодида серебра и строение его мицеллы будет выглядеть так:

(m+n) AgNO₃ + m KJ ® m AgJ · n Ag⁺ + n NO₃⁺ + m KNO₃

^изб. ¯

{m AgJ · n Ag⁺ · (n-x) NO₃^-}^x+ · x NO₃^-

^ядро

гранула

мицелла

Катионы Ag⁺ являются потенциалопределяющими.

3. Образование коллоидного раствора Fe(OH)₃ методом пептизации при добавлении электролита – пептизатора FeCl₃. Строение полученной мицеллы.

Пептизация заключается в дезагрегации свежеприготовленного рыхлого осадка Fe(OH)₃ за счет добавления небольшого количества FeCl₃. При этом степень дисперсности фактически не меняется, т.к. частицы рыхлого осадка уже имеют коллоидные размеры. FeCl₃ адсорбируется на поверхности частиц осадка, сообщая им заряд и переводя их во взвешенное состояние. При этом золь будет положительный за счет ионов Fe³⁺, выполняющих роль потенциалопределяющих ионов. Строение мицеллы в этом случае имеет вид:

{m Fe(OH)₃ · n Fe³⁺ · 3(n-x) Cl^-}^3x+ · 3x Cl^-

Это пример непосредственной или адсорбционной пептизации.

Химическая пептизация или диссолюция имеет место при добавлении HCl в качестве электролита. В этом случае HCl, взаимодействуя с поверхностью осадка, образует продукт FeOCl, ионы которого будут стабилизатором:

n Fe(OH)₃ + n HCl ® n FeOCl + n H₂O

n Fe(OH)₃ «n FeO⁺ + n Cl^-

m Fe(OH)₃ + n FeO⁺ + n Cl^- ® {m Fe(OH)₃ · n FeO⁺ · (n-x) Cl^-}^x+ · x Cl^-

Согласно правилу Панета-Фаянса потенциалопределяющими ионами будут ионы FeO⁺, поэтому золь будет положительный.

 

II. Практическая работа: