Коагуляция смесью электролитов

В промышленных условиях коагуляцию проводят смесью электролитов. Коагулирующее действие смеси электролитов часто бывает неаддитивным.

Если смеси электролитов требуется больше, чем одного из них, то наблюдается антагонизм электролитов (электролиты мешают друг другу).

Если смесь электролитов эффективнее одного электролита, то такое явление называется синергизмом электролитов (один электролит усиливает действие другого) – в смеси их требуется меньше, чем каждого в отдельности. Синергизм электролитов широко используется на практике для коагуляции больших количеств дисперсных систем.

Для характеристики смеси двух электролитов удобно пользоваться графиком порога коагуляции одного электролита от порога коагуляции другого электролита. При аддитивном действии электролитов зависимостьлинейна (кривая1, рис. 5.11), т.е. если одного электролита берется , то второго электролита нужно взять в количестве.

Рис. 5.11. Характеристика коагуляции смесью двух электролитов при их аддитивном (1), антагонистическом (2), и синергетическом (3) действии

Синергизм характеризуется кривой 3 (рис. 5.11), т.е. если первый электролит берется в количестве , то второй –. Антагонизму электролитов отвечает кривая2 (рис. 5.11). Из рисунка видно, что если для первого электролита нужно взять , то для второго –.

Привыкание коллоидных систем – при медленном введении электролита его требуется больше для коагуляции, чем при быстром введении.

5.4.2. Примеры коагуляции. Образование почв

Мы рассмотрели развитие основных идей, определяющих содержание проблемы устойчивости. Так, одна из важнейших задач заключается в сохранении устойчивого состояния суспензий, эмульсий и других объектов, проходящих в процессе переработки через сложные системы производственных агрегатов. Не менее важной для народного хозяйства является и обратная задача – скорейшего разрушения дисперсных систем: дымов, туманов, эмульсий, промышленных и сточных вод. Ограничимся здесь иллюстрацией многообразия и сложности коагуляционных явлений на примерах, связанных с процессами почвообразования.

Почвы образуются при разрушении горных пород в результате выветривания, выщелачивания, гидролиза и т.д. Эти процессы приводят к образованию окислов: как нерастворимых, типа SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃ (точнее – их гидроокисей), так и растворимых, типа RO и R₂O (где R – металл). Из-за значительной гидратации нерастворимых элементов почвы и дальнему взаимодействию в процессе взаимной коагуляции образуются структурированные коагуляты, близкие по свойствам к гелям, называемые коагелями. Эти коллоидно-химические процессы определяют все многообразие существующих типов почв.

Например, подзолистые почвы, типичные для северных районов нашей страны, образуются в условиях малого содержания органических остатков (гуминовых веществ) и большой влажности, вымывающей окислы основного характера (RO и R₂O). Остающиеся коагели характеризуются высоким содержанием SiO₂ и малым количеством питательных веществ, необходимых для растений.

Наоборот, черноземные почвы средней полосы России образуются в условиях малой влажности. В этих условиях ионы Са²⁺ и Mg²⁺ не вымываются и, взаимодействия с гуминовыми кислотами, образуют нерастворимые высокомолекулярные коллоидные частицы – гуматы Са²⁺ и Mg²⁺. В процессе взаимной коагуляции положительно заряженных частиц R₂O₃ с отрицательно заряженными гуматами и SiO₂ возникают структурированные коагели, составляющие основу для образования плодородной почвы. Таким же образом и на основе коагуляционных представлений можно обосновать генезис и других типов почв.

Интересным примером коагуляционных процессов является возникновение иловых почв в дельтах рек. Наиболее примечательна в этом отношении дельта Нила, образующегося в результате слияния двух рек – Белого и Голубого Нила. Воды Белого Нила, берущего начало в болотах центральной Африки, несут большое количество органических (гуминовых) веществ, частично защищающих минеральные частицы. Эта высокодисперсная система является, благодаря защитному действию гуматов, весьма устойчивой, и воды Белого Нила на всем его протяжении характеризуются значительной мутностью.

Голубой Нил, стекая с горных хребтов Эфиопии, содержит (вследствие размывания горных пород) большое количество минеральных солей, вызывающих коагуляцию и осаждение гидрофобных минеральных частиц. Поэтому воды Голубого Нила совершенно прозрачны.

После слияния двух рек, вода Нила продолжает оставаться мутной, т.к. концентрация солей в воде Голубого Нила не достигает порога коагуляции, соответствующего сильно гидрофилизированным частицам, содержащимся в воде Белого Нила. Коагуляция наступает лишь в устье, где речная вода встречается с солеными водами Средиземного моря и остановка течения способствует седиментации коагулированных агрегатов, приводящей к образованию плодородной дельты.

На этом примере, как в грандиозной панораме, мы видим все многообразие явлений устойчивости дисперсных систем и ее нарушений и можем вполне оценить ту огромную роль, которую играли коагуляционные процессы в создании первых очагов человеческой цивилизации (в дельтах Нила, Евфрата и Тигра, Волги, Дона, Днепра, Амударьи, Дуная и других великих рек).