Основы коллоидной химии. Ультрамикрогетерогенные системы icon

Основы коллоидной химии. Ультрамикрогетерогенные системы


Скачать 23.32 Kb.
НазваниеОсновы коллоидной химии. Ультрамикрогетерогенные системы
Размер23.32 Kb.
ТипДокументы

Основы коллоидной химии.

Ультрамикрогетерогенные системы

1. Введение

Коллоидная химия – наука, изучающая физико-химические свойства гетерогенных дисперсных систем и некоторых высокомолекулярных соединений, а также поверхностные явления (ПЯ) - физико-химические процессы, протекающие на границе раздела фаз.

Поскольку каждое тело ограничено поверхностью, то в область изучения КХ попадают все реальные тела – это, как правило, поликристаллические, волокнистые, слоистые, пористые, сыпучие вещества, состоящие из наполнителя и связующего компонента. Они могут находиться в состоянии суспензий, паст, эмульсий, пен, пыли и т. д. Например, почва, тела растительного и животного мира, облака и туманы, строительные материалы, металлы, полимеры, бумага, кожа, ткани, продукты питания. Поэтому КХ вправе называть физикой и химией реальных тел. Однако ПЯ проявляются сильнее всего в телах с высокоразвитой поверхностью, например, таких, как поверхностные слои, пленки, нити, капилляры, мелкие частицы. Совокупность этих тел (дисперсий) вместе со средой, в которой они распределены, образует дисперсную систему (ДС).

ДС состоят как минимум из двух фаз. Одна из них сплошная и называется дисперсионной средой, другая – дисперсная фаза - раздроблена и распределена в дисперсионной среде.

Наиболее общая классификация ДС основана на различии в агрегатном состоянии дисперсной фазы и дисперсионной среды (см. табл.1.1)

Таблица 1.1. Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию дисперсной фазы и дисперсионной среды

Дисперсная фаза

Дисперсионная среда

^ Условное обозначение системы

Название системы

Газ

Газ

Г/Г

Коллоидная система невозможна

Жидкость

Газ

Ж/Г

Туманы, облака, дымка

Твердое тело

Газ

Т/Г

Дым, пыль

Газ

Жидкость

Г/Ж

Пены (взбитые сливки)

Жидкость

Жидкость

Ж/Ж

Эмульсии (молоко, майонез)

Твердое тело

Жидкость

Т/Ж

Коллоидные растворы, суспензии

(Au, S, AgCl в воде), краски

Газ

Твердое тело

Г/Т

Твердые пены, пористые тела,

полиуретан

Жидкость

Твердое тело

Ж/Т

Твердые эмульсии (желе, желатин)

Твердое тело

Твердое тело

Т/Т

Твердые золи, сплавы и минералы

ДС классифицируются по дисперсности. Для свободнодисперсных систем признана следующая классификация (табл.1.2.). В табл. 1.3 приведены свойства различных типов свободнодисперсных систем, позволяющие отличить эти типы друг от друга.

Таблица 1.2. Классификация дисперсных систем по дисперсности

Тип системы

Размер частиц (или пор)

1. Свободнодисперсные системы

Ультрамикрогетерогенные (истинно коллоидные или золи - Т/Т, Т/Ж- лиозоли, Т/Г – аэрозоли)

10-7-10-5 (1-100 нм)

Микрогетерогенные (суспензии, эмульсии, пены, порошки)

10-5-10-3 (0,1-10 мкм)

Грубодисперсные (песок, щебень и др.)

Больше 10-3 см

2. Связнодисперсные системы (по М. М. Дубинину)

Микропористые

Меньше 2 нм

Переходнопористые

2-200 нм

Макропористые

Больше 200 нм


Таблица 1.3. Свойства свободнодисперсных систем

Характеристики

Ультрамикрогетерогенные

Микрогетеро-генные

Гомогенные (истинные растворы)

Прозрачность

Прозрачные

Непрозрачные

Прозрачные

Мутность

Дают конус

Фарадея-Тиндаля

Мутные

Оптически пустые

^ Прохождение через фильтры

Проходят через бумажные фильтры, не проходят через пергаментные фильтры

Не проходят через бумажные фильтры

Проходят через пергаментные фильтры

Устойчивость

Относительно устойчивые, получаются с затратой энергии

Неустойчивые

Устойчивые, получаются самопроизвольно
^

2. Общие представления о золях


Золями (нем. Sole от лат. Solutio-раствор) (ультрамикрогенными или истинно коллоидными) называются системы, состоящих из частиц размером 10-7-10-5 см (1-100 нм), распределенных в жидкой среде. Золи, образованные из нерастворимых в воде веществ (золи металлов, гидроксидов, сульфидов и др.), называются гидрофобными. Эти золи в течение длительного времени были основными объектами КХ. Золи сравнительно хорошо растворимые в воде (белки, агар, желатина, крахмал и т.д.) называются гидрофильными. Если в качестве растворителя используются органические растворители, то золи называются соответственно лиофобными и лиофильными. Далее мы будем обсуждать свойства лиофобных золей.

Частицы лиофобных золей (мицеллы) состоят из нерастворимого ядра, на поверхности которого адсорбированы стабилизирующие ионы, близкие по своей природе к составу ядра (потенциалопределяющие), образующие адсорбционный слой. В адсорбционный слой входят противоионы, частично компенсирующие заряд потенциалопределяющих ионов, но не нейтрализующие заряд последних целиком. Ядро вместе с адсорбционным слоем и слоем противоионов образуют гранулу. Знак заряда гранулы определяется знаком потенциалопреде-ляющих ионов, так как их больше, чем противоионов. Если гранула отрицательно заряжена, то золь называется отрицательным. Если гранула заряжена положительно, то золь называется положительным. Гранулу окружает слой ионов противоположного знака, образующие диффузный слой. Противоионы диффузионного слоя нейтрализуют избыточный заряд гранулы. В целом мицелла электронейтральна. В качестве примера можно привести отрицательный и положительный золи иодида серебра, которые получаются при взаимодействии раствора нитрата серебра и иодида калия, при избытке одного из растворов:

{[AgI]m,nI-,(n-x)K+}-xxK+- отрицательный золь;

[AgI]m,nAg+,(n-x)NO3-}x+xNO3- положительный золь

В отличие от грубодисперсных систем (суспензий, порошков) золи обладают кинетической устойчивостью, т. е. способностью длительное время не оседать на дно сосуда. Золи в тоже время являются термодинамически неустойчивыми, необратимыми системами, поскольку имеют большую поверхностную энергию, которая самопроизвольно уменьшается при агрегации частиц. Золи оказываются агрегативно устойчивыми (когда частицы не слипаются) лишь при условии, если на их поверхности за счет свободной поверхностной энергии адсорбируются молекулы или ионы третьего компонента системы или стабилизатора. Однако агрегативная устойчивость этих частиц имеет индуцированный характер и по истечению достаточного промежутка времени процесс слипания неизбежно наступает.




3. Методы получения золей

Для получения золей применяются два метода: диспергирование и конденсация. Необходимо также вводить стабилизатор, препятствующий агрегации частиц.

1. ^ Методы диспергирования: дробление, измельчение, истирание на дробилках, на мельницах различного типа и т. д. Для получения золей металлов металлы распыляют под водой или в органической жидкости в вольтовой дуге, в высокочастотном разряде. Вещество можно диспергировать при помощи ультразвука.

Близким к методу диспергирования является метод пептизации, основанный на разъединении слипшихся частиц. Пептизация бывает двух типов - непосредственная и посредственная. В первом случае пептизация происходит в результате прибавления в систему специального вещества – пептизатора, который способствует разлипанию частиц. Во втором случае разлипание частиц происходит за счет адсорбции пептизатора, образующегося в ходе процесса.

2. В методах конденсации золи образуются из истинных растворов путём:

а) конденсации молекул испаряющегося вещества в более крупные час­тицы – физическая конденсация; б) изменение среды таким образом, чтобы вещество из растворимого стало нерастворимым или малорастворимым;

б) химической конденсации: реакций восстановления, окисления, разложения, двойного обмена, гидролиза, сопровождающихся агрегацией и рекристаллизацией нерастворимых частиц, причем стабилизаторами являются вещества, присутствующие в среде.

Для очистки коллоидных растворов используют методы диализа и ультрафильтрации.

Диализ заключается в том, что коллоидный раствор помещают внутри мешочка или гильзы из целлофана, пергамента или др. аналогичного материала, которые снаружи омываются часто сменяемой проточной водой. Мембрана непроницаема для коллоидных частиц, а низкомолекулярные вещества (электролиты, органические вещества) постепенно диффундируют в воду. В результате происходит очистка коллоидного раствора. Обычно для ускорения диализа коллоидный раствор перемешивают, и диализаторы устраивают с большим отношением поверхности мембраны к объему жидкости. Значительного ускорения удаления электролитов из коллоидных растворов (в десятки раз) добиваются, помещая его в постоянное электрическое поле между двумя электродами, отделенными от коллоидного раствора с обеих сторон полупроницаемыми мембранами. Через электродные пространства непрерывно протекает дистиллированная вода. Этот процесс называется электродиализом.

Ультрафильтрация - это фильтрование КР через полунепроницаемые мембраны, которые укрепляются на твердой пористой подкладке и в специальных ультрафильтрах. Обычно процесс проводят под разряжением или под повышенным давлением.
^

3. Коагуляция коллоидных систем




Коагуляция КС может происходить под влиянием старения системы, изменения концентра-ции дисперсной фазы, изменения температуры, механических воздействий, света и т. д. Однако, наиболее важное теоретическое и практическое значение имеет коагуляция при добавлении электролитов. Установлено, что коагулирующим действием обладают ионы, заряд которых противоположен знаку заряда коллоидной частицы. Т.е. для отрицательно заряженных золей коагулирующими ионами являются катионы, а для положительно заряженных – анионы. Для начала коагуляции необходимо превысить некоторую минимальную концентрацию электролита в золе (ммоль/л), которая получила название порога коагуляции (ПК). Установлено, что коагулирующая сила ионов тем больше, чем больше их заряд (правила Шульце-Гарди или правила значности) Так, для отрицательно заряженного золя As2S3 (C=1,85 г/л) ПК электролитами равны: NaCl - 51, СaСl2 - 0,65, AlCl3 - 0,09. Для положительно заряженного золя Fe(OH)3 (C=0,823 г/л) ПК электролитами равны: KCl - 59, K2SO4 - 0,209.

Коагулирующая сила ионов возрастает с ростом их радиуса. Однозарядные катионы по своему коагулирующему действию располагаются в обычный лиотропный ряд: Cs+>Rb+>K+>Na+>Li+. Так, для коагуляции отрицательного золя AgJ ПК электролитами равны: LiCl – 582, NaCl - 300, KCl - 255 . Ион лития обладает наименьшим коагулирующим действием, поскольку радиус гидратированного иона лития больше радиусов других гидратированных ионов. Аналогично изменение коагулирующей способности анионов: J->NO3->Br->Cl- (этот ряд отвечает увеличению радиусов гидратированных ионов). Общий принцип: чем больше ионы лиофобны, тем большим коагулирующим действием они обладают.





Похожие:

Основы коллоидной химии. Ультрамикрогетерогенные системы iconОсновы коллоидной химии. Ультрамикрогетерогенные системы
Коллоидная химия – наука, изучающая физико-химические свойства гетерогенных дисперсных систем и некоторых высокомолекулярных соединений,...
Основы коллоидной химии. Ультрамикрогетерогенные системы iconВопросы по биоорганической химии
Предмет биоорганической химии. Теория строения органических соединений А. М. Бутлерова. Изомерия как специфическое явление органической...
Основы коллоидной химии. Ультрамикрогетерогенные системы iconТема 3 основы налоговой системы в россии формирование налоговой системы в России. Виды налогов
Переход России к новым условиям хозяйствования потребовал формирования и новой налоговой системы, адекватной происходящим экономическим...
Основы коллоидной химии. Ультрамикрогетерогенные системы iconВопросы к экзамену по дисциплине «аналитическая химия»
Предмет и задачи аналитической химии. Значение аналитической химии в современной науке и на производстве. Классификация методов аналитической...
Основы коллоидной химии. Ультрамикрогетерогенные системы iconВопросы к экзамену по биоорганическои химии
Основы строения и факторы, определяющие реакционную способность органических соединений
Основы коллоидной химии. Ультрамикрогетерогенные системы iconЭкзаменационные билеты по химии 8 класс. Билет №1
Предмет химии. Вещества простые и сложные. Химические элементы. Формы существования химических элементов
Основы коллоидной химии. Ультрамикрогетерогенные системы iconЭкзаменационные билеты для экзамена по химии в 8 классе
Предмет химии. Вещества простые и сложные. Химические элементы. Формы существования химических элементов
Основы коллоидной химии. Ультрамикрогетерогенные системы iconИнструкция по охране труда для учащихся при работе в кабинетах (лабораториях) химии оу №
Допуск посторонних лиц в кабинет в момент проведения эксперимента разрешается только с ведома учителя химии
Основы коллоидной химии. Ультрамикрогетерогенные системы iconВопросы
«Основы гидропривода, гидравлические и пневматические системы автомобилей и гаражного оборудования»
Основы коллоидной химии. Ультрамикрогетерогенные системы iconЭкзаменационные вопросы по биоорганической химии
Определение, объекты и методы изучения, основные задачи, направления развития и перспективы биоорганической химии, ее связь с другими...
Основы коллоидной химии. Ультрамикрогетерогенные системы iconКафедра химии и процессов горения курсовая работа по дисциплине «Физико-химические основы развития и тушения пожаров» Тема: Расчет параметров выгорания жидкостей и газов Расчетно
...
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Документы


При копировании материала укажите ссылку ©ignorik.ru 2015

контакты
Документы