Методы получения коллоидов

Как известно, коллоиды по размеру частиц дисперсной фазы занимают промежуточное значение между истинными растворами и суспензиями, следовательно, они могут быть получены либо путем соединения отдельных молекул и ионов растворенного вещества в агрегаты, либо в результате диспергирования сравнительно больших частиц. В соответствии с этим методы получения золей могут быть подразделены на две группы:

1. Методы диспергирования, если коллоидная степень дисперсности достигается путем раздробления грубодисперсного вещества.

2. Методы конденсации, если коллоидная степень дисперсности достигается, наоборот, путем соединения атомов, ионов, молекул в более крупные частицы коллоидных растворов.

Принципиальная разница этих методов заключается в том, что в процессе диспергирования увеличение удельной поверхностной энергии системы идет за счет сообщения ей энергии извне, тогда как в процессе конденсации наоборот, за счет уменьшения запаса потенциальной энергии самой системы. Поэтому процесс конденсации идет самопроизвольно, и конденсационные методы являются более выгодными энергетически.

Обе группы в свою очередь подразделяются на ряд отдельных методов.

Диспергационные методы могут быть разделены на 4 группы.

1. Метод механического диспергирования заключается в энергичном растирании, измельчении вещества дисперсной фазы и в дальнейшем (или одновременном) смешивании его с жидкостью, служащей дисперсионной средой, а также в добавлении стабилизатора. Для этого на практике пользуются ступками, вальцами, мельницами, коллоидными мельницами, жидкостными распылителями. Процессы механического диспергирования имеют большое практическое значение в производстве при получении высокодисперсных порошков (цементы, пигменты, смазки, мука и др.).

2. Метод электрического диспергирования заключается в распылении металла, служащего электродом в вольтовой дуге, образуемой при сближении электродов внутри дисперсной среды.

3. Метод химического диспергирования или метод пептизации. Сущность пептизации заключается в том, что прибавление к свежеполученному рыхлому осадку диспергируемого вещества небольших количеств пептизатора (чаще всего электролита) уменьшает взаимодействие между частицами осадка и облегчает их отделение друг от друга и переход во взвешенное состояние.

4. Метод ультразвука заключается в дроблении вещества, находящегося в дисперсионной среде, под действием ультразвуковых волн (с частотой 10⁵-10⁵ Герц.). Этот метод нашел широкое применение для получения лиозолей, суспензий и эмульсий.

Конденсационные методы охватывают все процессы, при которых объединение частиц более высокой, чем коллоидная, степени дисперсности приводит к образованию коллоидных частиц. Основная задача в этом случае сводится к тому, чтобы с одной стороны достичь процесса конденсации и, с другой стороны, задержать его на коллоидной стадии дисперсности. Этого можно достичь за счет: а) количества центров кристаллизации; б) за счет количества вещества, которое может конденсироваться в единице объема золя. Для конденсационных методов очень важна задача стабилизации их, т.е. исключение возможности агрегации.

Важнейшее значение на практике имеют следующие конденсационные методы:

1. Метод замены растворителя основан на различной растворимости одного и того же вещества и различных растворителях. Так, например, при введении спиртового раствора канифоли в большое количество воды, в которой канифоль не растворима, образуется опалесцирующий золь вследствие того, что образование избытка нерастворимой в воде канифоли, идет на образование частиц коллоидной степени дисперсности.

2.Метод конденсации паров основан на том, что при испарении в вакууме вещества, образующие две фазы, совместно конденсируются на охлажденной поверхности. Таким образом, можно получить золи высокой чистоты, например, органозоли натрия, калия, гидрозоли ртути, серы и др.

3. Химические методы заключаются в образовании трудно растворимого вещества в результате химической реакции, протекающей в жидкой фазе, которая в дальнейшем служит дисперсионной средой. По типу протекающей реакции различают методы гидролиза, восстановления, окисления, двойного обмена. В данной работе используется именно один из этих методов для получения гидрозоля железа.

Строение коллоидных частиц

Частицы твердой фазы в коллоидной системе образуют агрегат. На поверхности агрегата вследствие ионизации молекул вещества, из которого он состоит, или избирательной адсорбции ионов, содержащихся в растворе, образуется электрический заряд.

Совокупность агрегата с адсорбированными ионами называется ядром коллоидной частицы, а ионы называются потенциалопределяющими, т.к. они обусловливают величину и знак заряда коллоидной частицы.

Заряженное ядро притягивает из раствора ионы противоположного знака – противоионы. Образуется двойной электрический слой. Противоионы частично адсорбируются на поверхности частицы, образуя неподвижный слой (адсорбционный), а частично располагаются в жидкости вблизи частицы, создавая диффузный слой. Совокупность частицы с диффузным слоем противоинов называется мицеллой, формулу мицеллы можно записать так:

Агрегат: [mAgBr]

Ядро: [mAgBr]nBr^-

Частица: {[mAgBr]nBr^-(n-x)K⁺}^x-

Мицелла: {[mAgBr]nBr^-(n-x)K⁺}^x- xK⁺

Дата добавления: 2015-07-16