Список литературы

Основная:

2. Пащенко А.А. Физ. химия силикатов. – М.: «Высшая школа», 1986. – 368 с.

Дополнительная:

2. Киреев В.А. Краткий курс физ. химии. – М.: «Высшая школа», 1978. – 622 с.

Лекция № 6 «Получение коллоидно-дисперсных систем» Краткое содержание лекции

Размеры коллоидных частиц в коллоидно-дисперсных системах настолько велики по сравнению с молекулами дисперсной среды, что между ними образуется поверхность раздела.

То или иное вещество может быть получено в коллоидном состоянии при следующих условиях:

1. Размеры частиц вещества доводят до коллоидных размеров двумя методами: а) раздроблением (дисперсионные методы); б) укрупнением молекул, атомов или ионов до частиц коллоидного размера (конденсационные методы);

2. Для воспрепятствования слипанию частиц при их взаимном столкновении в растворе необходимо присутствие стабилизаторов (ионов, электролитов, которые на поверхности коллоидной частички образуют ионно-гидратную оболочку);

3. Коллоидные частицы (дисперсная фаза) должны обладать плохой растворимостью в дисперсной среде, хотя бы в момент их получения.

При соблюдении этих условий коллоидные частицы приобретают электрический заряд и гидратную оболочку, что препятствуют выпадению их в осадок.

Дисперсионные методы.

К числу дисперсионных методов получения коллоидных раство­ров обычно относят и метод получения их путем электрического распыления (электродиспергирования). Этим методом прежде всего, получают золи различных металлов.

Основан он на том, что между двумя электродами, изготовлен­ными в виде проволочек из данного металла и помещенными под водой, возбуждают электрическую дугу. При этом ма­териал электродов распыляется в окружающую воду. Для получе­ния устойчивого золя в воду предварительно добавляют немного щелочи. Исследования А.В.Думанского показали, что в действи­тельности этот метод является в большей степени конденсацион­ным, чем дисперсионным (по крайней мере, в отношении наиболее высокодисперсной части золя). Дело в том, что, как указывают цвет и спектр дуги, при такой высокой температуре металл перехо­дит в парообразное состояние и, попадая в дисперсионную среду, благодаря низкой температуре последней тут же конденсируется, образуя золь. Этим методом получаются гидрозоли золота, серебра, платины и других металлов.

Конденсационные методы.

К конденсационным методам относятся методы, основанные на чисто физических процессах, например на процессе резкой конденсации пара, и методы, осно­ванные на использовании различных химических реакций.

Общим для обеих этих групп методов является то, что выделе­ние или образование вещества коллоида в новой фазе, производят в условиях сильного пересыщения, т.е. из сильно пересыщенного пара, из сильно пересыщенного раствора и т.д. В таких условиях выделение зародышей частиц новой фазы может происходить од­новременно в очень большом числе точек. Эти зародыши служат центрами конденсации или кристаллизации. Условия проведения процесса подбираются такими, чтобы рост образовавшихся капе­лек жидкости или кристалликов прекращался, когда они достигнут размеров коллоидных частиц. При этом с помощью тех или другихстабилизаторов предотвращают соединение этих капелек или кристалликов в более крупные агрегаты.

В методах химической конденсации вещество коллоида получается с помощьютой или иной химической реакции и выделяется при этом в коллоидном состоянии. Эти методы основаны большей частью на таких взаимодействиях в растворах, которые приводят к образованию вещества в условиях, когда оно нерастворимо. Образуясь первоначально в молекулярно-дисперсной форме, оно стремится выделиться из раствора в осадок. Необходимо так подобрать условия проведения реакции (концентрация реагирующих веществ, рН среды, последовательность операций, температура, перемешивание и пр.), чтобы процесс агрегации, т. е. соединения молекул в более крупные частицы, прекращался на определенной стадии во избежание слипания частиц. Обычно этому способствует примене­ние растворов достаточно низкой концентрации и медленное сме­шение их.

Реакции, применяемые для процессов химической конденсации весьма разнообразны по своему характеру.

Например, чтобы приготовить красный золь металлического золота, к 100 мл воды приливают 10 мл 0,01%-ного раствора хлорного золота; при этом получается раствор, в 100 мл которого содержится всего около 1 мг хлорного золота. Затем при кипячении к нему медленно прибавляют восстановитель, например формальдегид, таннин или гидразингидрат. Аналогичным образом из очень разбавленных растворов азотнокислого серебра получают желто-коричневый золь серебра. Эти процессы основаны на реакциях восстановления.

Для получения золей могут применяться также и окислитель­ные реакции. Окислением сероводорода при реакции H₂S + ½О₂= S + H₂O можно получить коллоидную серу. Если этот процесс осуществлять не в водной среде, а в воздухе, то получается серный дым (аэрозоль).

Примером применения реакции двойного обмена может слу­жить получение золя хлористого серебра по уравнению

AgNO₃ + NaCI = AgCI + NaNO₃

Интересным частным случаем таких реакций являются реакции гидролиза, например

FеCI₃ + ЗН₂О = Fe(OH)₃ + 3HCl

Приливая к кипящей воде по каплям раствор хлорного железа, можно получить темно-коричневый золь гидроокиси железа.

Подобным же путем могут быть получены и некоторые аэрозо­ли. Так, тетрахлориды кремния, олова и титана, являющиеся в обычных условиях довольно летучими жидкостями, легко гидролизуются в парах при взаимодействии с влагой воздуха, например

SiCl₄ + 2Н₂О = SiO₂ + 4HCI

Выделяющиеся при этом очень мелкие твердые частички кремне­зема образуют дым; это дает возможность использовать указан­ную реакцию для получения дымовых завес.