Оптические свойства дисперсных систем

Свойства коллоидных систем

Основные вопросы:

1. Молекулярно-кинетические свойства коллоидных систем. Диффузионно-седиментационное равновесие.
2. Оптические свойства коллоидных растворов. Оптические методы анализа.
3. Строение мицеллы. Составление схемы строения и формул мицелл.
4. Электрохимические явления. Строение двойного электрического слоя. Электрокинетический потенциал.
5. Стабилизация и коагуляция дисперсных систем. Факторы устойчивости коллоидных систем. Коагуляционная и нейтрализационная коагуляция.

Диффузионно - седиментационное равновесие, которое характеризуется постепенным уменьшением концентрации в направлении от нижних слоёв раствора к верхним. Равновесное распределение частиц в коллоидных системах достигается очень медленно, но легко нарушается при встряхивании, толчках, под действием конвекционных потоков.

Применение седиментации:

· В кулинарной практике для уменьшения скорости седиментации увеличивают вязкость среды и уменьшают радиус частиц измельчением пищевых продуктов (приготовление протертых супов).

· Увеличение скорости седиментациипри действии центробежной силы ‑ сепарирование молока. В молочном сепараторе эмульгированный в молоке жир, под действием центробежной силы концентрируется в виде сливок намного быстрее, чем при природном отстаивании молока.

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).

Дифракция – причина опалесценции. Опалесценция– матовое свечение, чаще голубое. Конус Тиндаля (эффект Тиндаля) – при пропускании луча света через золь, сбоку на темном фоне наблюдают мутный светящийся кону (в чистых жидкостях и молекулярных растворах – эффект отсутствует). Применение: для установления природы раствора (коллоидный раствор).

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 ,

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.

Свойство коллоидных растворов рассеивать свет используется в оптических методах количественного анализа для определения концентрации золей и размеров коллоидных частиц. Можно определить дисперсность системы, форму и строение частиц дисперсной фазы, пористость, толщину, состав адсорбционных слоёв и плёнок.

Оптические методы анализа дисперсности –методы изучения состава и структуры дисперсных систем.

Структурная коллоидная частица дисперсной фазы – мицелла.

Агрегатом являются микрокристаллы малорастворимого соединения, образующиеся в результате химической реакции.

Мицелла– электронейтральная частица, состоит:

8 гранула + диффузионный слой противоионов. Гранула ‑ заряженная частица мицеллы, состоит: 8 ядро + адсорбционный слой противоионов. Заряд гранулы определяется знаком заряда потенциалопределяющих ионов. Ядро состоит: 8 агрегат + потенциалопределяющие ионы.

При смешивании разбавленных растворов нитрата серебра и хлорида натрия взятого в избытке, хлорид серебра не выпадает в осадок, а образуется коллоидный раствор.

Сначала составляем уравнение реакции в молекулярном и ионном виде:

AgNO₃ + NaCl → NaNO₃ + AgCl↓

Ag⁺ + NO₃^- + Na⁺ + Cl^- → Na⁺ + NO₃^- + AgCl↓

Ag⁺ + Cl^- → AgCl↓

Основу коллоидных частиц золя AgCl составляют микрокристаллы малорастворимого хлорида серебра, которые называются агрегатами, обозначаются m (AgCl).

Cl^- называются потенциалопределяющими ионами.

Агрегат вместе с потенциалопределяющими ионами, которые адсорбировались и вошли в кристаллическую решётку агрегата, являются частицами твердой фазы – ядра.

Обозначение: { m (AgCl) n Cl^-