Лиофильные и лиофобные золи

Лиофильные золи образуются самопроизвольно и не разрушаются со временем.

Лиофобные золи постепенно разрушаются из-за самопроизвольного слипания твердых частиц (коагуляция) или слияния жидких частиц (коалесценция) (при наличии стабилизатора эти процессы могут быть очень длительными).

Образование золя и строение его частиц

Пример 1: Образование золя хлорида серебра AgCl ( лиофобный коллоид): медленное приливание водного раствора хлорида натрия NaCl к водному раствору нитрата серебра AgNO₃, взятому в избытке: Ag⁺ + Cl^– = AgCl.

1) Образование агрегата (AgCl) _n, в котором ионы расположены в том же порядке, что и в кристаллической решетке AgCl.

2) Агрегат (AgCl) _n адсорбирует на своей поверхности те ионы, которые входят в него и находятся в растворе в избытке - Ag⁺ В результате адсорбции ионов Ag⁺ агрегат (AgCl) _n со слоем ионов серебра приобретает положительный заряд.

Ионы, адсорбирующиеся на поверхности агрегата, придают частице заряд и называются потенциалопределяющими (в примере - Ag⁺).

Наличие одноименных зарядов на агрегатах препятствует их объединению и росту кристалла AgCl. Т.о. агрегаты AgCl с адсорбированными на них ионами приобретают состояние агрегативной устойчивости.

Агрегат (AgCl) _n вместе с потенциалопределяющими ионами Ag⁺ составляет ядро.

3) К заряженному ядру притягиваются ионы противоположного заряда – противоионы. В примере: ионы, содержащиеся в растворе (но не входящие в состав агрегата), – нитрат-ионы NO₃^–.

Противоионы, непосредственно примыкающие к ядру, образуют адсорбционный слой противоионов.

Ядро + противоионы адсорбционного слоя - коллоидная частица, или гранула.

4) За адсорбционным слоем противоионов следует диффузный слой тех же противоионов. Противоионы диффузного слоя ориентируют вокруг себя полярные молекулы растворителя, создавая дополнительную сольватную (гидратную в случае H₂O) оболочку.

Гранула с противоионами диффузного слоя – мицелла.

Знак заряда гранулы соответствует знаку заряда потенциалопределяющих ионов. (в примере - Ag⁺).

Суммарно заряд коллоидной частицы (гранулы) = разности зарядов адсорбированных ионов и противоионов (m─ (m – x)).

Мицелла в отличие от гранулы электронейтральна.

Формула мицеллы гидрозоля хлорида серебра:

{[ n (AgCl), m Ag⁺, (m – x)NO₃^–] ^{x +}+ x NO₃^–}⁰.

В квадратные скобки заключена гранула (коллоидная частица). Ионы, указанные за квадратными скобками, составляют внешнюю часть мицеллы.

Рис. 1. Строение (разрез) мицеллы хлорида серебра

В лиофобных растворах растворитель входит в состав гидрофобных частиц как сольватная оболочка адсорбированных ионов. Поэтому формулу мицеллы можно изображать следующим образом:

{[ n (AgCl), m Ag⁺, (m – x)NO₃^–· y H₂O] ^{x +}+ x NO₃^–·zH₂O}⁰

Строение мицеллы и заряд гранулы зависят от способа получения коллоидного раствора.

Пример 2: Образование золя хлорида серебра AgCl (в избытке не AgNO_3, а NaCl): медленное приливание разбавленного раствора AgNO₃ к раствору NaCl, взятому в избытке.

- На поверхности агрегата n (AgCl) будут адсорбироваться Cl^–, имеющиеся в растворе в избытке (образуется слой потенциалопределяющих ионов)

- Противоионы адсорбционного и диффузионного слоев ионы - Na⁺

Состав мицеллы полученного гидрозоля:

{[ n (AgCl), m Cl^–, (m – x)Na⁺] ^{x –} + x Na⁺}⁰.

Основу мицеллы составляет нерастворимое в данной среде ядро, микрокристалл или совокупность микрокристаллов.

Примеры образования дисперсной фазы.

Золь Fe(ОН)₃. Прильем к раствору хлорида железа FеCl₃ по каплям раствор гидроксида натрия NaОН до помутнения раствора или образования хлопьев малорастворимого гидроксида железа Fe(ОН) (в избытке Fe³⁺):

Fe³⁺ + 3OH^– = Fe(ОН)₃.

В слой потенциалопределяющих ионов могут входить не только ионы Fe³⁺, но и образующиеся при гидролизе ионы Fe(OH)²⁺, Fe(OH)²⁺ и др. Золь Al(ОН)₃. Примерно таково же строение мицеллы.

Золь H₂SiO₃ Состав мицеллы кремниевой кислоты, образующейся при приливании к раствору силиката натрия (избыток) сильной кислоты:

{[ n H₂SiO₃], m HSiO₃^–, (m – x)Na⁺} ^{х –} x Na⁺.

Слой ионов вокруг агрегата и противоинов адсорбционного и диффузного слоев представляет собой двойной электрический слой. Число положительных и отрицательных зарядов в нем одинаково, поэтому мицелла электронейтральна.

Между ядром и раствором возникает полный электрический потенциал или термодинамический φ(фи)-потенциал (электротермодинамический потенциал) – разность потенциалов, созданных всеми + и ─ зарядами мицеллы.

Рис. 2. Сопоставление термодинамического () и электрокинетического () потенциалов

Другой потенциал - электрокинетический, или ξ (дзета)-потенциалом, существует между слоем ионов адсорбционного слоя и диффузного слоя

Составляет часть термодинамического потенциала и всегда меньше его

Добавление ионов, особенно многозарядных, может привести к их адсорбции в таких количествах, что произойдет перезарядка гранулы и изменение знака электрокинетического потенциала. Когда все противоионы находятся в адсорбционном слое, ξ -потенциал становится равным нулю Пример: [ n (AgCl), m Cl^–, x Na⁺]⁰. Т.е. число противоионов в кол.частице может стать таким, что нейтрализует заряд зарядообразующих ионов.Подобное состояние называется изоэлектрическим состоянием (изоэлектрической точкой).

В изоэлектрическом состоянии электрокинетический потенциал равен нулю, и в этом состоянии дисперсные системы наименее устойчивы, частицы укрупняются, выпадают в осадок, и из ядра, играющего роль кристаллического зародыша, вырастает кристалл. Лиофильные системы в отличие от лиофобных в изоэлектрическом состоянии устойчивы (кроме некоторых белков).

Знак заряда коллоидной частицы устанавливается: 1 - по направлению ее движения к соответствующему электроду при пропускании постоянного электрического тока.

2 – по характеру взаимодействия окрашенных коллоидных частиц с целлюлозой бумаги. В водной среде капилляры целлюлозы заряжаются отрицательно, а находящаяся в них вода – положительно. Вдоль полоски фильтровальной бумаги (целлюлоза) по ее капиллярам могут передвигаться частицы, имеющие тот же заряд, что и целлюлоза, т.е. отрицательно заряженные частицы. Положительно заряженные частицы задерживаются на стенках капилляров в самом начале пути.

Подобный анализ - вариант хроматографического анализа на бумаге.

Положительный знак заряда имеют гранулы гидроксидов Fe(OH)₃, Al(OH)₃, Cr(OH)₃, Ti(OH)₃ и др.

Отрицательный знак заряда имеют гранулы некоторых гидроксидов, оксидов MnO₂, SnO₂, SiO₂, золи кремниевой кислоты, сульфидов As₂S₃, PbS и других, коллоиды высокодисперсных металлов Au, Ag, Pt и серы S, а также глинистые коллоиды и гуминовые кислоты почвы.

Электрофорез - движение дисперсных частиц относительно дисперсионной среды (жидкой и газообразной) под действием электрического поля называется. В водной среде частица двигается к электроду, знак заряда которого противоположен знаку электрокинетического потенциала.

Электроосмос – перемещение дисперсионной среды под действием электрического поля: противоионы диффузного слоя притягиваются к соответствующему электроду и увлекают за собой жидкость дисперсионной среды.

Дата добавления: 2015-07-10