Краткое теоретическое введение

Коллоидные системы по размерам частиц дисперсной фазы занимают промежуточное положение между истинными растворами (более 10^{-9 м) и грубодисперсными системами (10-5} – 10^{-6 м). Они могут быть получены двумя путями: конденсацией молекул или ионов (методом конденсации) и дроблением более крупных частиц до нужной степени дисперсности (метод диспергирования).}

Основные диспергационные методы.

1. Механическое диспергирование – измельчение твердых тел в данной среде в присутствии стабилизаторов в шаровых или коллоидных мельницах, а также с помощью вибрационных измельчителей или ультразвука, вольтовой дуги и т.д.

2. Физико-химическое дробление осадков (пептизация) – дробление рыхлых осадков, в которых имеются отдельные частицы дисперсной фазы, разделенные прослойками дисперсионной среды. Их непосредственному соприкосновению мешают либо двойные ионные слои, либо сольватные оболочки, имеющиеся на поверхности частиц. Пептизировать осадок можно разными способами:

а) адсорбционная пептизация – в этом случае отталкивание частиц осадка друг от друга вызывается двойными ионными слоями, образуемыми на поверхности частиц за счет адсорбции ионов добавляемого электролита-пептизатора;

б) пептизация путем поверхностной диссоциации связана с образованием двойного ионного слоя в результате диссоциации молекул, находящихся на поверхности твердой фазы. Пептизатор в этом случае способствует процессу диссоциации (например, вызывает образование на поверхности частиц растворимых соединений);

в) пептизация путем промывания осадка применяется тогда, когда на поверхности частиц, образующих осадок, есть двойные ионные слои, но они сжаты, так как концентрация электролита достаточно большая. При промывании такого осадка водой концентрация электролита в нем уменьшается, двойные ионные слои увеличивают свою толщину, силы электростатического отталкивания между частицами действуют на более далекие расстояния и вызывают коллоидное растворение осадка.

Конденсационные методы получения дисперсионных систем.

1. Физическая конденсация – конденсация молекул одного вещества (будущей дисперсной фазы) в другой (будущей дисперсионной среде). Практически это может быть осуществлено пропусканием паров одного вещества в другое.

Одним из примеров физической конденсации может быть метод замены растворителя: молекулярный раствор какого-либо вещества постепенно, при перемешивании прибавляют к жидкости, в которой это вещество нерастворимо. При этом происходит конденсация молекул и образование коллоидных частиц.

2. Химическая конденсация – получение коллоидных систем с помощью химических реакций.

Коллоидные растворы могут быть получены с помощью реакций различных типов: двойного обмена, восстановления, гидролиза и других.

Наиболее распространены методы, при которых труднорастворимое вещество образуется в результате химической реакции, протекающей в той среде, которая в дальнейшем является дисперсионной.

При получении коллоидных растворов необходимо вести реакцию в разбавленном растворе, чтобы скорость роста кристаллических частиц была невелика, тогда частицы получаются мелкие (10^-7 - 10^{-9 м) и системе будет обеспечена седиментационная устойчивость. Кроме того, одно из реагирующих веществ должно быть взято в избытке. Это обеспечит образование на поверхности двойного электрического слоя основного фактора агрегативной устойчивости.}

Частицу дисперсной фазы в микрогетерогенной системе вместе с двойным электрическим слоем называют мицеллой. Двойной электрический слой образуется, например, на межфазной поверхности между водой и малорастворимым йодидом серебра. При растворении йодида серебра в воду преимущественно переходят ионы серебра, так как они сильнее гидратируются, чем ионы йода (потенциалопределяющих ионов), который будет нейтрализован избытком ионов серебра в прилегающем водном слое (противоионов), часть которых будет находиться в плотном слое, а другая часть – в диффузном слое. Для такой системы формулу мицеллы можно записать следующим образом:

,

где – агрегат основного вещества; nAg⁺ – потенциалопределяющий ион, – противоион в адсорбционном слое; – противоион в диффузионном слое.

Внутреннюю часть мицеллы составляет агрегат основного вещества. На поверхности агрегата расположены потенциалопределяющие ионы. Агрегат вместе с потенциалопределяющими ионами составляет ядро мицеллы. Ядро с противоионами плотной части двойного электрического слоя образуют гранулу. Гранулу окружают противоионы диффузного слоя. Мицелла в отличие от гранулы электронейтральна.

Если в воду добавить хорошо растворимый нитрат серебра, увеличивается электрохимический потенциал ионов серебра. Вследствие этого с поверхности йодида серебра в воду будут переходить преимущественно ионы йода, и поверхность соли зарядится положительно (избыток ионов серебра), а йодид-ионы будут выступать в качестве противоионов.

Если же в систему с йодидом серебра добавить йодид калия, то потенциалопределяющими станут йодид-ионы, и формула двойного электрического слоя примет вид

,

Для определения заряда поверхности используют правило Фаянса – Панета, согласно которому структуру кристаллической решетки могут достраивать только те ионы, которые входят в ее состав и находятся в избытке. Потенциалобразующими являются ионы, входящие в состав соединения или изоморфные с ним, т. е. родственные им.

2. Цели работы.

1. Освоение методик получения золей.

2. Определение заряда коллоидных частиц.

3. Написание формул мицелл.

Реактивы и оборудование.

2 %-ный спиртовой раствор канифоли, 2 %-ный водный раствор FeCl₃, 1,5 %-ный водный раствор KMnO₄, 1 %-ный водный раствор Na₂S₂O₃, 0,1 %-ный водный раствор K₄[Fe(CN)₆].

Градуированная пипетка 10 см³, мерная пипетка 1 см³, мерный цилиндр 100 см³, колба плоскодонная 250 см³, колба плоскодонная 100 см³, пробирка 15 см³, фильтровальная бумага, стеклянная палочка, штатив для пробирок.

Электрическая плитка.

4. Порядок выполнения работы.

Опыт 1. Золь канифоли.

2%-ный спиртовой раствор канифоли добавить по каплям при энергичном взбалтывании к 100 мл дистиллированной воды до получения беловатого, опалесцирующего золя.