Механизм коагуляции электролитами

Происходит снятие электрического заряда, т.е. приведение коллоидной частицы в изоэлектрическое состояние(ζ = 0) и уменьшение гидратной оболочки коллоидной частицы.

В этом случае происходит сжатие диффузного слоя путем перехода противоионов из диффузного слоя в адсорбционный. При этом дзета-потенциал уменьшается, при ζ = 0 все коллоидные частицы седиментируют. Кроме этого происходит избирательная адсорбция на коллоидной частице тех ионов электролита, которые имеют заряд, противоположный грануле.

 

СУСПЕНЗИИ – это взвеси порошков в жидкости (почвы и грунты, глиняное тесто, цементные и известковые растворы, масляные краски). Разбавленные суспензии используются для крашения тканей, концентрированные – в строительстве. Размеры частиц суспензий больше, чем кол частицы. Суспензии одновременно и поглощают и рассеивают свет, седиментационно неустойчивы, не обнаруживают осмотического давления и броуновского движения, частицы видны в обычный микроскоп, не способны к диффузии. Как правило, на поверхности частиц образуется ДЭС или сольватная оболочка. x-потенциал частиц имеет ту же величину, что и для типичных золей. Под влиянием электролитов суспензии коагулируют.

Агрегативноустойчивые суспензии пластичны. Агрегативно неустойчивые системы – хрупкие. Агрегативно неустойчивые системы можно сделать агрегативно устойчивыми при введении ПАВ (пример Al₂O₃ в бензоле, сажи в воде).

 

Э мульсии – это дисперсные системы, в которых и дисперсная фаза, и дисперсионная среда - жидкие. Степень дисперсности обычных эмульсий не очень велика: радиус их частиц порядка 10^-3 – 10^-5 см. Обычные эмульсии - это микрогетерогенные системы, состоящие из двух несмешивающихся жидкостей, одна из которых диспергирована в другой в виде весьма мелких капель. Обычно одна из фаз эмульсии - вода. Другой фазой может быть любая органическая жидкость, не смешивающаяся с водой: масло, бензол, бензин, керосин и др. Эту другую жидкость принято называть, независимо от ее химической природы, маслом. Кроме воды и масла, всякая устойчивая эмульсия обязательно содержит еще третий компонент, придающий ей агрегативную устойчивость, который называется эмульгатором. Вода и масло образуют эмульсии двух типов. Первый тип: вода – дисперсионная среда, масло – дисперсная фаза, это эмульсии масла в воде (М/В) – прямые эмульсии. Второй тип – эмульсии воды в масле (В/М) – обратные.

Различают эмульсии разбавленные и концентрированные. Разбавленные эмульсии (концентрация дисперсной фазы до 0,1 %) стабилизируются электролитами, создающими двойной электрический слой на поверхности эмульгированных капель. Они устойчивы без специальных эмульгаторов. Концентрированные эмульсии (концентрация дисперсной фазы > 1%) устойчивы только в присутствии специальных эмульгаторов, в качестве которых используются вещества, образующие на капельках эмульгированной жидкости прочную пленку, не разрывающуюся при столкновениях. Это ВМС, желатин, каучук, смолы и полуколлоиды – мыла.

Эмульгатор выбирается в соответствии с правилом: эмульсии М/В стабилизируются растворимыми в воде ВМС, например, белками, и водорастворимыми – гидрофильными мылами, например, олеатом натрия. Эмульсии В/М стабилизируются ВМС, растворимыми в углеводородах, наример, полиизобутиленом, олеофильными смолами и мылами с поливалентными катионами (олеатом кальция), не растворимыми в воде и растворимыми в углеводородах.

Эмульсии с концентрацией дисперсной фазы более 74 % называют желатинированными. По физическим свойствам они отличаются от обычных. Обычные эмульсии – это жидкости, например, молоко, сливки; желатинированные – твердообразны, например, консистентные смазки, сливочное масло, маргарин, майонез, густые кремы.

Эмульсию одного типа можно превратить в эмульсию другого типа. Это явление называется обращением фаз в эмульсиях, оно достигается путем изменения природы эмульгатора.

Эмульсии получают механическим диспергированием дисперсной фазы в дисперсионной среде в присутствии соответствующего эмульгатора. Для диспергирования эмульгируемых жидкостей применяют сильное перемешивание, встряхивание, вибрации, что осуществляется с помощью специальных мешалок, коллоидных мельниц, ультразвука.

Самопроизвольное эмульгирование играет существенную роль в процессах, связанных с перевариванием и усвоением пищи животным организмом. При попадании, например, в кишечник жира сначала происходит самодиспергирование жира под влиянием ПАВ (холевых кислот), содержащихся в желчи, а затем полученная высокодисперсная эмульсия всасывается через стенку кишечника в организм.

К природным эмульсиям относится молоко, яичный желток, латекс – млечный сок каучуконосов, их которого получают натуральный каучук.

В пищевой промышленности к эмульсиям относятся не только молочные продукты, но и маргарин, майонезы, соусы. В фармацевтической промышленности многие лекарства применяются в виде эмульсий. Эмульсии битума в воде широко применяются при строительстве и ремонте дорог. В сельском хозяйстве многие гербициды, инсектициды и фунгициды применяются в виде эмульсий.

Пенами являются дисперсные системы, в которых дисперсная фаза – газ, а дисперсионная среда – жидкость, вытянутая в тонкие пленки. Другими словами, пены – это высококонцентрированные эмульсии газа в жидкости. Пенами являются многие строительные и изоляционные материалы (пенобетоны, пенопласты, пемзы), а также продовольственные товары (пастила, зефир, мусс и т.д.). Пены используются при огнетушении, процессах флотации.

Для получения устойчивой пены необходимы стабилизаторы – пенообразователи, в качестве которых могут использоваться поверхностно-активные ВМС, мыла и др. Молекулы пенообразователя адсорбируются на границе раздела фаз таким образом, что их гидрофобная часть (углеводородный радикал) направлена в сторону газовой фазы, а гидрофильная в воду. Гидрофильная часть молекулы гидратируется водой, образуя гидратные слои определенной толщины, защищающие пузырьки газа от слияния.

Пена может быть получена встряхиванием раствора пенообразователя в цилиндре или пропусканием воздуха через пористый фильтр, помещенный в раствор пенообразователя. Третий способ состоит в том, что струя раствора с определенной высоты падает на поверхность того же раствор, находящегося в цилиндре.

Время жизни пены определяется временем существования ее определенного объема с момента возникновения до полного разрушения или временем, за которое высота столба пены убывает в два раза.

Кратность пены – это отношение начального объема пены к объему раствора пенообразователя, израсходованного на образование этой пены.

Жидкую пену, стабилизированную мылом или ВМС, можно разрушить, добавив ПАВ, вытесняющее пенообразователь с поверхности пузырьков.

Если пленки жидкости, которые разделяют пузырьки газа в пене, способны отвердевать, то можно получить практически устойчивую твердую пену (пенобетон, микропористая резина и т.д.).

АЭРОЗОЛИ. Аэрозоли играют важную роль в метеорологии, в сельском хозяйстве (дождевание, борьба с вредителями), в военном деле (сигнальные и маскирующие дымы). Большинство топлива сжигается в распыленном виде. Тушение пожаров эффективнее проводить при помощи водяной пыли (водяной завесы).

Аэрозоли отличаются от лиозолей малой вязкостью дис среды и отсутствием стабилизирующей сольватной оболочки или ДЭС на поверхности дис частиц. Аэрозоли неустойчивы. Любой аэрозоль со временем разрушается. Грубодисперсные аэрозоли седиментируют. Высокодис аэрозоли разрушаются вследствие частых столкновений частиц между собой или со стенками сосуда (для природных аэрозолей с препятствиями: деревьями, зданиями и пр.). Частицы аэрозолей перемещаются не только под действием механических сил, но и под действием других градиентов: электрического потенциала (электрофорез); температуры (термофорез).

Заряд на частицах аэрозолей является случайной величиной и определяется захватом ионов газов из атмосферы. Оседание заряженных частиц приводит к возникновению потенциала оседания в вертикальном направлении (в атм десятки кВ/м). Скорость седиментации может быть усилена ветром и нисходящими воздушными течениями. При этом достигается напряженность поля, отвечающая пробою воздуха (диэлектрика), т.е. возникает молния.

Способы разрушения аэрозолей заключаются в фильтрации через пористые материалы, барботаже аэрозолей через жидкость, адсорбции частиц встречным потоком распыленной жидкости, осаждении искусственно заряженных аэрозольных частиц на электрофильтрах.

ПОЛУКОЛЛОИДЫ

Растворы ВМС представляют собой мономолекулярные лиофильные системы, термодинамически устойчивые и обратимые. Для разрушения системы необходимо уменьшить лиофильность за счет уменьшения активности дис среды, что приведет к уменьшению активности растворителя в сольватных слоях. Этого можно достичь при добавлении десольватирующих агентов, например, электролитов. Это явление называют высаливанием, при этом происходит борьба за воду между макромолекулами и ионами. В результате высаливания образуются волокна, хлопья, творожистые осадки.

ВМС всегда характеризуются некоторой усредненной массой М. Основными методами определения М являются методы осмометрии, диффузии, светорассеяния, ультрацентрифугирования и измерения вязкости. Многие набухшие или растворенные ВМС диссоциированы на ионы и представляют собой коллоидные электролиты.

Коллоидные электролиты могут существовать в виде отдельных полиионов. Например, молекула белка в растворе несет ряд ионных групп –СОО^- или NH ; в виде матрицы несущей фиксированные ионы одного знака, уравновешенные подвижными противоионами в ионообменных смолах. К полиэлектролитам близки мицеллы, возникающие в растворах ПАВ.

ЗНАЧЕНИЕ КОЛЛОИДНЫХ СИСТЕМ

Коллоидные системы широко распространены в природе. Межзвездная материя состоит из газов и пыли, частицы которой имеют коллоидные размеры. По космогоническим представлениям Кейпера, Юри, Фесенкова солнечная система образовалась из газово-пылевого вещества.

Коллоидные системы имеют определяющее значение для метеорологических явлений при образовании горных пород и минералов. Дождь, грозовые разряды, облака и туманы – это явления связанные с коллоидными процессами.

Почва является сложнейшей коллоидной системой. Размер и форма частиц почвы, наряду с их природой, определяет водопроницаемость и поглотительную способность почвы, которые влияют на урожайность.

В металлургической промышленности задачей является получение металла с оптимальной микро- и ультрамикроструктурой, что осуществляется путем введения определенных присадок.

Керамическое и строительное производство связано с получением концентрированных суспензий из силикатов алюминия (глин). Глины используются также как катализаторы, осушители, осветлители разных жидкостей (например, вина).

Технология получения бумаги, крашения волокон, производства резины и пластмасс, лекарств, косметики, нефтедобычисвязаны с коллоидно-химическими процессами.

Многие пищевые продукты, такие как, молоко, сметана, майонез масло, зефир, пастила, бульон, желе и т.д. представляют собой кол.системы.

Человек – это ходячий коллоид. Мышечные волокна и нервные клетки, клеточные мембраны, волокна, гены, вирусы, кровь – это коллоидные образования.

 

Особенно большое значение приобретает коллоидная химия для решения задач защиты окружающей среды.