Лекция 7. Молекулярно – кинетические, оптические и электрокинетические свойства золей. Строение коллоидных частиц. Правило Пескова – Фаянса.

 

 

Свойства коллоидных растворов:

1). Оптические свойства коллоидных систем. Опалесценция и флуоресценция Прохождение света через коллоидную систему вызывает три оптических эффекта: поглощение, от-ражение и рассеивание лучей; коллоидные растворы рассеивают свет.

А)Это проявляется опалесценцией в виде голубоватого матового свечения при освещении боковым светом. Опалесценция (светорассеяние) наблюдается только тогда, когда длина световой волны больше размера частицы дисперсной фазы. Если длина световой волны много меньше диаметра час-тицы, происходит отражение света, проявляющееся в мутности. Рассеянный свет имеет ту особенность, что он распространяется во всех направлениях. Интенсив-ность рассеянного света в различных направлениях различна.

Б) При пропускании параллельного пучка света через коллоидный раствор наблюдается конус рассе-янного света – эффект Тиндаля. По способности рассеивать свет можно определять концентрацию коллоидных частиц в растворе - метод нефелометрии. Светорассеивание наблюдается только тогда, когда длина световой волны больше размера частицы дисперсной фазы. Если длина световой волны много меньше диаметра частицы, происходит отражение света, проявляющиеся в мутности, замет-ной визуально. Все коллоидные растворы способны рассеивать свет (опалесцировать). Опалесценция становится особенно заметной, если через раствор пропускать пучок сходящихся лучей, поставив между источ-ником света и кюветой с раствором линзу. При этих условиях в коллоидном растворе, наблюдаемом сбоку, виден ярко светящийся конус (конус Тиндаля).

В) С опалесценцией внешне сходна, флуоресценция, характерная для истинных растворов некоторых красителей. Она заключается в том, что раствор при наблюдении в отраженном свете имеет иную окраску, чем в проходящем, и в нем можно видеть такой же конус Тиндаля, что и в типичных коллоидных системах. Однако по существу это совершенно различные явления. Опалесценция возникает в результате рассеяния света, при этом длина волны рассеянного света та же, что и падающего. Флуоресценция же представляет собой внутримолекулярное явление, заключающееся в селективном поглощении молекулой вещества светового луча и в трансформировании его в световой луч с другой, большей длиной волны. Оптические методы исследования: нефелометрия, ультрамикроскопия, турбидиметрия, электронная микроскопия. В нефелометрии измеряется интенсивность света, рассеянного дисперсной системой. Вместо измерения абсолютных значений рассеянного света на практике проводят сравнение интен-сивностей лучей, рассеянных стандартным и исследуемым золем.

2. Молекулярно- кинетические свойства:

А)Частицы в коллоидных системах, так же как молекулы в истинных растворах, находятся в непре-рывном хаотическом движении. Для коллоидных частиц это движение получило назва-ние броуновское движение.

Б) Следствием движения частиц является самопроизвольный процесс выравнивания их концентра-ций по объему. Этот процесс называется диффузией. Диффузия является макроскопическим прояв-лением теплового движения молекул.

в) Коллоидные растворы, так же как истинные растворы, характеризуются осмотическим давлением (р). Осмотическое давление - это избыточное гидростатическое давление на раствор, отделённый от чистого растворителя полупроницаемой мембраной, при котором прекращается диффузия раствори-теля через мембрану.

3.электрокинетические свойства: на поверхности коллоидных частиц образуется двойной электри-ческий слой, при движении жидкости относительно твердой поверхности на границе этих слоев возникает разность потенциалов. Чем толще электрический слой, тем устойчивее коллоидная части-ца. В коллоидных растворах носителем электрического слоя являются свободно перемещающиеся в жидкой среде твердые частицы фазы. Если к системе приложить электрическое поле, то твердые частицы начнут перемещаться к положительно заряженному электроду (электрофорез), а частицы жидкой среды - в противоположную сторону (электроосмос). Электрокинетические явления имеют большое практическое значение: разделение белковых смесей, работа дымоулавливателей. Строение коллоидных частиц. Коллоидный раствор можно получить обменной реакцией. Рассмот-рим образование иодида серебра при сливании разбавленных растворов нитрата серебра и иодида калия: AgNO3 + KI = AgI + KNO3,. Если иодид калия и нитрат серебра взяты в эквивалентных количествах, частицы AgI растут, дости-гая размеров, превосходящих размеры коллоидных частиц, и быстро выпадают в осадок. Если же реакцию проводят с разбавленными растворами, то осадок не выпадает, а образуется коллоидный раствор иодида серебра. Основную массу мицеллы составляет ядро – мельчайший кристаллик ио-дида серебра, состоящий из большого числа молекул: m(AgI). Полученное ядро является носителем свободной поверхностной энергии, поэтому на его поверхно-сти идет адсорбционный процесс. Согласно правилу Пескова – Фаянса, на поверхности ядра мицел-лы адсорбируются ионы, имеющиеся в составе ядра, т.е. адсорбируются ионы, находящиеся в избыт-ке. Если получать раствор при избытке иодида калия, то адсорбироваться будут ионы иода. Ио-ны иода достраивают кристаллическую решетку ядра, образуя адсорбционный слой, и придают ядру отрицательный заряд: m[AgI]nI?. Эти ионы, адсорбирующиеся на поверхности ядра и придающие ему заряд, называются потенциалопределяющими ионами. В растворе находятся также ионы противоположные по знаку потенциалопределяющим ионам, их называют противоионами. В данном случае это катионы К+, которые электростатиче-ски притягиваются потенциалопределяющими ионами адсорбционного слоя, образуя гранулу: {m [AgI]nI? (n – x)K+}x? г р а н у л а В адсорбционном слое гранулы преобладают потенциалопределяющие ионы I?, число которых мож-но обозначить n, а количество противоионов K+– (n-x). Оставшаяся частьпротивоио-нов образует диффузный слой ионов. Ядро с адсорбционным и диффузным слоями называется ми-целлой: {m [AgI]nI? (n - x)K+}x?xK+ м и ц е л л а Если получать золь иодида серебра при избытке нитрата серебра, т.е. при избытке Ag+, то коллоид-ная частица благодаря адсорбции ионов Ag+ на поверхности ядра получит положительный заряд. {m[AgI]nAg+(n - x)NO3}x+xNO3 (гранула положительна) {m[AgI]nI?(n - x)K+}x?xK+ (гранула отрицательна) Числа m, n, x в зависимости от условий приготовления золей могут меняться в широких пределах, т.е. мицелла не имеет строго определенного состава. Таким образом, мицелла – электрически нейтральная коллоидная частица, способная к самостоя-тельному существованию. Она определяет все основные свойства коллоидной системы. Состоит ми-целла из ядра кристаллического или аморфного строения, адсорбционного (неподвижного относи-тельно частицы) и диффузного (подвижного) слоев. При пропускании постоянного тока через коллоидный раствор к электродам движутся не мицеллы, которые электронейтральны, а только гранулы. Наличие одноименного заряда у всех частиц золя является фактором его устойчивости. Заряд пре-пятствует слипанию и укрупнению коллоидных частиц, т.е. коагуляции. Стабильность (устойчивость) коллоидных частиц объясняется тем, что на поверхности ядер адсорбируется определенный вид потенциалопределяющих ионов. Те электролиты, ионы которых являются потенциалопределяющими, следует считать стабилизаторами, а ионы, которые адсорбируются поверхностью ядер, - стабилизирующими ионами. При этом на ядре адсорбируются те ионы стабилизатора, которые содержат элементы, общие с ядром.

Вопросы и задания для самоподготовки:

1. Сущность оптических свойств коллоидных растворов.

2. В чем заключаются молекулярно - кинетических свойства золей?

3. Что такое электрофорез и электроосмос?

4. Сущность строения коллоидных частиц: мицелла, гранула, адсорбционный и диффузный слои.

5. Написать формулу мицеллы золя гидроксида алюминия, полученного при взаимодействии хлори-да алюминия с избытком гидроксидом калия.