Методы получения коллоидных систем
Коллоидные системы занимают промежуточное положение между грубодисперсными и молекулярными системами, поэтому получать их можно либо дроблением более крупных частиц (диспергированием), либо объёдинением молекул или ионов в агрегаты коллоидных размеров (конденсацией) с применением физических и химических методов.
1. Методы диспергирования.
1.1) Физическое диспергирование:
а) механическое измельчение с использованием шаровых и коллоидных мельниц;
б) электрическое распыление веществ используют для получения золей металлов;
в) диспергирование ультразвуком используют для получения золей из двух несмешивающихся жидкостей.
Чтобы не дать образовавшимся частицам слипаться, все выше описанные способы диспергирования проводят в присутствии дисперсионной среды и стабилизатора.
1.2) Химическое диспергирование (пептизация): перевод в коллоидное состояние свежеприготовленного осадка с помощью пептизатора.
2. Методы конденсации.
Методы конденсации связаны с выделением новой фазы из гомогенной системы.
2.1) Физическая конденсация:
а) метод замены растворителя;
б) метод конденсации из паров.
2.2) Химическая конденсация: любая химическая реакция, в результате которой образуется плохо растворимое соединение (реакция гидролиза, восстановления, окисления, нейтрализации и т.д.).
Оптические свойства дисперсных систем.
При падении света на дисперсную систему могут наблюдаться следующие явления:
прохождение света частицами дисперсной фазы (наблюдается для прозрачных систем, в которых частицы много меньше длины волны падающего света (r<<λ));
преломление света частицами дисперсной фазы (если эти частицы прозрачны);
отражение света частицами дисперсной фазы (если частицы непрозрачны); Преломление и отражение света наблюдается для систем, в которых частицы много больше длины волны падающего света (r>>λ). Визуально это явление выражается в мутности этих систем.
рассеяние света; наблюдается для систем, в которых частицы дисперсной фазы меньше, но соизмеримы с длиной волны падающего света (r ≈ 0,1 λ);
адсорбция (поглощение) света дисперсной фазой с превращением световой энергии в тепловую.
В коллоидных растворах наблюдается рассеяние света, т.к. частицы дисперсной фазы меньше, но соизмеримы с длиной волны падающего света (r ≈ 0,1 λ). В проходящем свете коллоидные системы прозрачны, а при боковом освещении рассеивают падающий на них свет, поэтому пучок света в коллоидной системе виден как яркий светящийся конус (конус Тиндаля – по имени ученого, впервые подробно исследовавшего это явление). Теорию светорассеяния создал английский физик Рэлей. Он вывел уравнение, связывающее интенсивность рассеянного света I с интенсивностью падающего света I0, длиной волны падающего света λ и размерами частиц дисперсной фазы r:
или
(4.3)
где V – объём одной частицы, ν – частичная концентрация (число частиц в единице объёма), λ – длина волны, n1, n0 – показатели преломления частиц и среды, соответственно.
Уравнение Релея выполняется при следующих условиях:
частицы малы (r≤λ) и имеют сферическую форму;
частицы не проводят электрический ток (т.е. являются неметаллическими);
частицы не поглощают свет, т.е. являются бесцветными;
коллоидный раствор является разбавленным в такой степени, что расстояние между частицами больше длины волны падающего света.
Все металлические золи уравнению Рэлея не починяются, так как их частицы сильно поглощают свет.
Коллоидный раствор в проходящем и рассеянном (отраженном) свете имеет различную окраску. Это явление называется опалесценцией. В случае окрашенных растворов происходит наложение собственной окраски и окраски, вызванной опалесценцией (явление дихроизма света).