4.4.1. Примеры мицелл гидрофобных золей в природе

В природе в коллоидном состоянии широко распространены сульфидные руды многих элементов ().

–важнейший стабилизатор коллоидных частиц сернистых минералов, может диссоциировать по двум стадиям:

.

Показано, что устойчивость коллоидных растворов, стабилизированных зависит от присутствия кислорода воздуха. Так, при хранении золя сульфида ртути без воздуха ее устойчивость возрастает, что, по-видимому, объясняется изменением состава мицеллы:

.

При этом потенциалопределяющими ионами являются в первом случае , во втором –.

Коллоидный карбонат кальция в природе не устойчив и сравнительно быстро переходит в метаколлоидные формы. Предположив, что образуется при обменной реакции:

.

Вероятное строение мицеллы можно представить следующим образом:

• при избытке :

,

• при избытке :

.

Золь сульфата бария образуется в природе при взаимодействии растворимых соединений бария с растворимыми сульфатами. Заряд коллоидной частицы обычно отрицателен:

,

стабилизатор: .

Щелочные метасиликаты при гидролизе

образуют устойчивые золи кремниевой кислоты, которые в щелочных растворах имеют отрицательный заряд:

,

стабилизатор: .

Возникновение двойного электрического слоя на поверхности ионностабилизированных частиц сообщает им электрический заряд. Последний может возникать также за счет диссоциации собственных частиц ионогенных групп.

Например, гидроксид алюминия, образующийся при обменных и гидролитических реакциях, легко пептизируется, т.к. на поверхности частиц возможна диссоциация по кислотному или основному типу в зависимости от рН грунтовых вод:

,

поэтому строение мицеллы определяет рН среды:

• при рН < 7

;

• при рН > 8,1

;

• при 7 ≤ рН ≤ 8,1

,

значение электрокинетического потенциала равно нулю.

Другим примером является золь кремнезема на поверхности частиц , построенных из-тетраэдров при взаимодействии с водой, когда образуются силанольные группы:

Возникшее поверхностное соединение – поликремнекислота – способно к частичной диссоциации по кислотному типу:

.

Мицелла может быть представлена:

.

Вопросы и задания для самоконтроля

1. Что является причиной электрокинетических явлений?

2. Каким образом образуется двойной электрический слой?

3. Перечислите и охарактеризуйте основные теории строения ДЭС.

4. Что такое электрокинетический потенциал и где он возникает?

5. Каким образом можно количественно рассчитать величину электрокинетического потенциала?

6. Каково строение коллоидных мицелл?

7. Приведите примеры мицелл гидрофобных золей в природе.

Глава 5 устойчивость и коагуляция лиофобных дисперсных систем

5.1. Основные понятия и определения

Все дисперсные системы условно делятся на лиофильные – получаемые самопроизвольным диспергированием и термодинамически устойчивые и лиофобные дисперсные системы – термодинамические неустойчивые. Несмотря на термодинамическую неустойчивость (), многие лиофобные дисперсные системы оказываются устойчивыми кинетически, не изменяясь заметно с течение некоторого времени (иногда десятилетиями). Рассмотрим причины такого поведения лиофобных дисперсных систем.

Устойчивость дисперсной системы – неизменность во времени ее основных параметров: дисперсности и равновесного распределения дисперсной фазы в дисперсионной среде.

Проблема устойчивости дисперсных систем является одной из важнейших в коллоидной химии. В одних случаях необходимо обеспечить предельно высокую устойчивость дисперсных систем (при получении аэрозольных препаратов, связующих материалов), в других – разрушить дисперсную систему (получение осадков, ликвидация кислотных туманов, очистка сточных вод). Устойчивость является проблемой «жизни и смерти» дисперсной системы и она должна быть управляемой.

Различают два вида устойчивости (по Пескову): агрегативную и седиментационную (кинетическую).

1. Агрегативная устойчивость – способность частиц дисперсной фазы оказывать сопротивлению их слипанию и тем самым удерживать определенную степень дисперсности (способность сохранять размер дисперсной фазы).

Решающим фактором в агрегативной устойчивости дисперсной системы является степень дисперсности частиц дисперсной фазы: чем она выше (чем меньше размер частиц), чем больше энергия их броуновского движения, тем выше агрегативная устойчивость. При нарушении агрегативной устойчивости происходит нарушение седиментационной устойчивости.

2. Седиментационная устойчивость – устойчивость дисперсной фазы по отношению к силе тяжести (способность дисперсной системы сохранять равномерное распределение частиц дисперсной фазы по объему дисперсионной среды).

Примером лиофобной дисперсной системы могут служить сточные воды. Сточные воды наряду с грубодисперсными (5–10 мкм) фракциями, удаляемых механическими способами в результате потери седиментационной устойчивости содержатся высокодисперсные фракции. В основе некоторых методов очистки сточных вод от высокодисперсных фракций загрязнений лежит явление потери агрегативной устойчивости в результате объединения частиц под влиянием специально вводимых коагулянтов и флокулянтов, добавление которых приводит к потере седиментационной устойчивости.

Нарушение седиментационной устойчивости может быть вызвано оседанием (седиментацией) частиц под действием их силы тяжести, приводящей к оседанию (или всплыванию) частиц дисперсной фазы. Это особенно характерно для грубодисперсных систем.