Лекция № 7 «Строение лиофобных золей» Краткое содержание лекции

Своим происхождением заряды коллоидных частиц обязаны адсорбционным процессам: заряд появляется у частицы вследствие того, что частица данного коллоида преимущественно адсорбирует из раствора того или иного вида в зависимости природы коллоидного вещества от условий опыта.

Из находящихся в растворе ионов электролита частицы колло­ида предпочтительно адсорбируют ионы одного вида и вследствие этого приобретают определенный по знаку заряд. Так как весь этот комплекс, состоящий из частиц дисперсной фазы вместе с адсор­бированными ими ионами и частью связанных с ними противоионов (т. е. ионов противоположного знака), передвигается в растворе как единое целое, то этот комплекс принято называть частицей (или гранулой), а ту часть его, на которой адсорбируются ионы, — ядром частицы.

Противоионы, находясь в окружающем объеме раствора, при­тягиваются заряженной частицей и в той или другой степени концентрируются около нее. При этом, как указывалось, часть их, находящаяся в непосредственной близости к ядру, притягивается сильнее и удерживается частицей при ее передвижении по раство­ру. Все сочетание из частицы и остающейся части противоионов называется мицеллой.

Рассмотрим строение мицеллы. Пусть имеется золь кремневого ангидрида (иначе называемый также золем кремниевой кислоты). Ядро каждой частицы этого золя состоит из ангидрида кремневой кислоты SiO₂, причем число молекул, содержащихся в каждом ядре, очень велико. Обозначим через m среднее число молекул в ядрах золя. Поверхность ядра, реагируя с окружающей водой, образует молекулы кремниевой кислоты H₂SiО₃. Пусть образуется n таких молекул, причем n во много раз меньше, чем m. Практически все анионы этой кислоты SiO₃^{- -} (х ионов) и все недиссоциированные молекулы H₂SiO₃ (n-х молекул), адсорбированные ядром, обра­зуют совместно с ним частицу, а 2х иона водорода находятся в растворе, окружающем частицу, концентрируясь вокруг нее.

Строение мицеллы рассматриваемого золя мы могли бы представить формулой:

Иногда условно допускают, что все молекулы H₂SiO₃ диссоци­ированы на ионы, что все n ионов SiO₃^{- -} адсорбированы ядром и что часть ионов водорода в количестве 2(n-x) входит в адсорбци­онный слой, а следовательно, и в состав частицы, не связываясь, однако, с определенными ионами, а 2х ионов водорода находятся в растворе. Строение мицеллы, отвечающие этой модели, представлено на рис. 4 на котором ядро ограничено малой

Рис. 4. Строение мицеллы

окружностью, а частица –второй, большой окружностью. Мы видим, что ионы SiO₃^{- -} и Н⁺ содержащиеся в адсорбционном слое, располагаются в пространстве закономерно, образуя так называемый двойной электрический слой.

Рис.5. Двойной диффузный слой.

Противоионы концентри­руются вокруг частицы, образуя диффузный слой как показано на рис. 5. При перемещении частицы по объ­ему дисперсионной среды или при перемещении последней относительно частицы некоторая часть противоионов вместе с прилегающим небольшим объемом А дисперсионной среды остаются связанные с частицей; остальные же противоионы пере­мещаются вместе с дисперсионной средой.

Сольватация частиц лиофобных золей в основном обусловлена наличием у них заряда подобно тому, как в растворах электроли­тов заряд ионов является одной из основных причин их сольвата­ции. При этом большая величина заряда частиц приводит к более сильной поляризации связываемых молекул и соответствующему изменению других свойств их. В водных растворах такие дополни­тельно поляризованные молекулы воды способны сильнее связы­вать другие молекулы воды, в некоторой степени усиливая и их поляризацию. Конечно, сольватация зависит не только от зарядов частицы, но и от их химического состава.