Строение коллоидных частиц – мицелл

Отдельные частицы коллоидных растворов называют мицеллами. Мицеллы имеют сложное строение. Основой мицеллярной теории является наличие у мицелл двойного электрического слоя. Он может образоваться:

– либо за счёт избирательной адсорбции ионов на поверхности;

– либо в результате ионизации молекул твёрдой фазы.

Рассмотрим образование мицелл в коллоидном растворе иодида серебра, полученном методом химической конденсации по реакции обмена: AgNO₃ + KJ = AgJ↓ + KNO₃

В зависимости от соотношения исходных веществ может быть три случая:

а) при эквивалентом соотношении реагентов коллоидный раствор образоваться не может, стабилизация системы происходит за счет уменьшения площади поверхности, т.е. роста кристаллов AgJ и выпадения осадка.

б) рассмотрим образование мицеллы при небольшом избытке KJ. В этом случае уменьшение поверхностной энергии может идти за счёт адсорбции ионов из раствора. Согласно правилу Панета – Фаянса из раствора электролита на поверхности микрокристаллов адсорбируется тот ион, который входит в состав твёрдого тела и способен достраивать его кристаллическую решётку. В нашем случае в растворе имеются ионы К⁺ и J^-. Достраивание кристаллической решётки агрегата идет за счёт ионов J^–, входящих в состав кристалла. Иодид-ионы в количестве «n» адсорбируются на поверхности микрокристаллов (агрегате мицеллы), и поверхность приобретает отрицательный заряд: m[AgJ] · nJ^- , поэтому их называют потенциалоообразующими. Образуется ядро мицеллы. К поверхности ядра притягиваются из раствора оставшиеся противоионы калия, К⁺ (но не все, а в количестве «n - x»).

Потенциалообразующие ионы J^- и связанные противоионы К⁺ образуют вокруг ядра плотный адсорбционный слой. Он имеет заряд. Его потенциал называют дзета-потенциалом. Агрегат с адсорбционным слоем составляют гранулу: { m[AgJ] nJ^- (n-х) К⁺ }^х-

Поскольку в адсорбционном слое потенциалообразующих ионов больше, чем противоионов, то гранула имеет заряд, совпадающий по знаку с зарядом потенциалообразующих ионов.

В адсорбционный слой гранулы входят не все противоионы К⁺, а только часть, (n-x), а оставшиеся противоионы К⁺ (х) находятся дальше – в рыхлом диффузном слое. Почему? Противоионы испытывают действие двух противоположных сил:

1. притяжения к заряженной поверхности ядра;

2. теплового движения, стремящегося равномерно распределить их в объёме.

Поэтому плотность слоя противоионов убывает по мере удаления от заряженной поверхности гранулы.

двойной электрический слой, ДЭС

агрегат

{ m[AgJ] nJ^- (n-х) К⁺ }^х- хК⁺ ∙ l H₂O

ядро потенциало противоионы рыхлый гидратная

образующие диффузный оболочка

ионы слой

плотный адсорбционный слой

гранула

мицелла

Гранула с диффузным слоем образует мицеллу. Мицелла электронейтральна. В зависимости от исходных концентраций растворов, условий и других факторов числа m, n и х могут меняться. Снаружи мицелла окружена гидратной оболочкой. Избыток KJ адсорбировался на поверхности микрокристаллов нерастворимого иодида серебра и образовал двойной электрический слой (ДЭС). Этот защитный слой препятствует росту кристаллов и выпадению осадка. Поэтому избыток электролита, из которого формируется двойной электрический слой, является стабилизатором.

в) если имеется небольшой избыток другого электролита, AgNO₃, то состав коллоидной мицеллы будет другим. Агрегат по-прежнему будут составлять молекулы иодида серебра, AgJ. Но после образования мелких кристалликов осадка AgJ – зародышей, в растворе остались лишь ионы Ag⁺ и NO₃^-. По правилу Панета-Фаянса адсорбироваться на поверхности могут только ионы Ag⁺, достраивающие ее кристаллическую решётку.

Ag⁺ - потенциалообразующие ионы. Образуется ядро - m[AgJ]nAg⁺ . Значит, противоионами будут ионы NO₃^-. Вместе с ионами Ag⁺ они образуют адсорбционный слой, а с агрегатом – положительно заряженную гранулу:

{ m[AgJ] nAg⁺ (n-х) NO₃^- }^х+

Оставшиеся х ионов NO₃^- входят в диффузный слой мицеллы. Они сольватированы

{ m[AgJ] nAg⁺ (n-х) NO₃^- }^х+ хNO₃^- l H₂O

Рис.2.4 Схема строения коллоидной мицеллы золя иодида серебра

а) полученного при избытке KJ

б) полученного при избытке AgNO₃