Коллоидная защита

Краткая теория:

Свойства коллоидных систем

1. Молекулярно-кинетические свойства коллоидных систем.

1. Для коллоидных систем характерно броуновское движение – непрерывное беспорядочное движение частиц микроскопических и коллоидных размеров.

2. Результатом броуновского движения коллоидных частиц является диффузия – самопроизвольно протекающий процесс выравнивания концентрации частиц. Для количественного описания диффузии используется закон Фика:

(4.4)

где m – количество продиффундировавшего вещества; – градиент концентрации; S – площадь, через которую происходит диффузия; τ – продолжительность диффузии; D – коэффициент диффузии равный количеству вещества, диффундирующего через единицу площади в единицу времени при градиенте концентрации, равном единице.

Уравнение Эйнштейна-Смолуховского:

(4.5)

где D – коэффициент диффузии, Т – абсолютная температура, η – вязкость дисперсионной среды, r - радиус частиц дисперсной фазы.

3. Для коллоидных систем характерно осмотическое давление. Оно может быть найдено по уравнению:

(4.6)

где m_общ – масса растворённого вещества; m – масса одной частицы; V – объём системы; N_A – число Авогадро; Т – абсолютная температура; ν – частичная концентрация; k – постоянная Больцмана.

2. Устойчивость коллоидных систем

Устойчивость дисперсных систем характеризует способность дисперсной фазы сохранять состояние равномерного распределения частиц во всём объёме дисперсионной среды.

Существует два вида относительной устойчивости дисперсных систем: седиментационная и агрегативная.

Седиментационная устойчивость – способность системы противостоять действию силы тяжести. Седиментация – это оседание частиц в растворе под действием силы тяжести.

Агрегативная устойчивость характеризует способность частиц дисперсной фазы противодействовать их слипанию между собой и тем самым сохранять свои размеры.

3. Коагуляция коллоидных систем

Коагуляция – это разрушение коллоидной системы под воздействием различных факторов и выражается в слипании частиц дисперсной фазы с последующим выпадение их в осадок.

Коагуляция бывает скрытая (не видимая невооружённым глазом) и явная (изменение окраски раствора, помутнение, выпедение осадка).

Коагуляцию вызывают следующие способы:

1. Физические: изменении концентрации, температура, механическое перемешивание, действие света и ультразвука, длительное стационарное хранение (поэтому коллоидные системы должны быть свежеприготовленными, храниться в тёмной посуде и в неподвижном помещении).

2. Химические: добавление любого электролита к любой коллоидной системе.

Коагулирующим ионом электролита является ион, одноимённо заряженный с противоионом.

Все электролиты по своему строению делятся на индифферентны (не содержат таких ионов, которые были бы способны к специфической адсорбции на частицах по правилу Панета-Фаянса, т.е. не имеют ионов подобных ионам агрегата) и неиндифферентные (содержат ионы подобные ионам агрегата).

Коагулирующее действие электролитов характеризуется порогом коагуляции  – наименьшее количество добавленного электролита, вызывающее коагуляцию 10 мл золя, а его концентрация называется – пороговой концентрацией.

Порог коагуляции можно рассчитать, зная концентрацию электролита-коагулятора С, объём добавленного электролита V, и объём золя V_золя (обычно 10 мл):

(4.7)

Величина, обратная порогу коагуляции (1/), называется коагулирующей способностью электролита. Значит, чем меньше порог коагуляции, тем больше коагулирующая способность электролита.

Порог коагуляции зависит от валентности коагулирующего иона и описывается правилом Шульца (1892)-Гарди (1900)-Дерягина-Ландау или правилом значности:

γ₃ : γ₂ : γ₁ = 1/3⁶ : 1/2⁶ : 1/1⁶ = 1:11:729 (4.8)

т.е. чем меньше валентность коагулирующего иона, тем выше порог коагуляции и тем больше потребуется электролита для коагуляции коллоидной системы. Коагулирующая способность иона при одинаковом заряде тем больше, чем больше его кристаллический радиус.

Для однозарядных и двухзарядных неорганических катионов и анионов коагулирующая способность убывает в определённой последовательности, которая называется лиотропным рядом (Приложение 7).

Начавшуюся коагуляцию остановить невозможно, но можно коллоидную систему заранее защитить, добавив в неё защитное вещество (растворы желатины, танина и других высокомолекулярных соединений). Их защитное действие выражается в повышении порога коагуляции. Оно связано с адсорбцией их молекул на поверхности коллоидных частиц. Образующийся на поверхности коллоидных частиц защитный слой препятствует их слипанию. Показателем защитного действия (защитным числом) называется минимальное количество мг сухого вещества, которое необходимо для защиты 10 мл золя при добавлении к нему электролита в количестве, равном порогу коагуляции.