Устойчивость коллоидных систем.
Как мы уже отмечали, коллоидные системы с ТД точки зрения потенциально неустойчивы, т.к. имеется избыток поверхностной энергии. Чтобы система была более устойчивой, она должна избавиться от этой энергии. Устойчивость – это способность сохранять структуру. Агрегативная устойчивость объясняется, с одной стороны, наличием у коллоидных частиц одноименных зарядов, что мешает им соединяться в более крупные агрегаты. С другой – агрегативную устойчивость коллоидных систем можно объяснить тем, что вокруг коллоидных частиц могут образовываться тесно связанные с ними сольватные оболочки из молекул растворителя.
Кинетическая устойчивость зависит от способности дисперсированных частиц, не меняя степени своей дисперсности, противостоять действию силы тяжести или центробежной силы стремящихся вызвать выделение мицелл из золя.
Таким образом, агрегативная устойчивость – устойчивость к слипанию, а кинетическая устойчивость – устойчивость к оседанию.
В коллоидных системах действуют противоположные факторы: коллоидные частицы под действием силы тяжести стремятся осесть на дно сосуда (или всплыть), тогда как броуновское движение стремиться распределить частицы равномерно по всему объёму. В результате совместного действия этих двух факторов в системе устанавливается седиментационно-диффузионное равновесие.
(Свободное движение частиц под действием гравитационного поля называется седиментацией).
В системе с установившемся седиментационно-диффузионное равновесием частицы в броуновском движении должны непременно сталкиваться друг с другом. Очевидно, что система окажется устойчивой только в том случае, если эти столкновения будут упругими, иначе частицы начнут слипаться, укрупняться, равновесие нарушится, и дисперсная фаза выделится из раствора.
Процесс слипания частиц, сопровождающийся потерей седиментационной устойчивости, разрушением дисперсной системы и полным разделением фаз, называется коагуляцией. Т.е. коагуляция – слипание мицелл коллоида. Внешне коагуляция часто сопровождается появлением мути, изменением окраски коллоидных растворов и, наконец, образованием осадка.
Коагуляция может наступить при действии на коллоидную систему таких различных факторов по своей природе как:
- Длительный диализ (очистка коллоидных растворов от присутствующих в них молекулярно-ионных примесей растворенных в-в. Диализ основан на разнице в скоростях диффузии истинно- и коллоидно-дисперсных в-в через полупроницаемую перегородку.)
- Добавление растворов электролитов
- Добавление неэлектролитов
- Механическое воздействие (размешивание или встряхивание)
- Сильное охлаждение или нагревание
- Пропускание электрического тока
- Действие лучистой энергии.
Иногда коагуляция может наступить в результате «старения» золя.
Коагуляция лиофобных золей вызывается растворами всех электролитов. (Электролит имеет противоионы по отношению к гранулам). Явная коагуляция наступает, когда концентрация электролита начинает превышать минимальную величину, называемую порогом коагуляции – минимальная концентрация электролита, вызывающая быструю коагуляцию.
Во всех случаях причиной коагуляции бывает уменьшение связи мицелл с окружающей их дисперсионной средой.
При добавлении электролита – заряд коллоидной частицы нейтрализуется ионами противоположного (чем гранулы) знака, содержащимися в электролите. Кроме того, при этом происходит гидратация ионов электролита за счет молекул из дисперсионной среды. Равновесие нарушается и смещается в сторону пополнения воды в среде: , что приводит к ослаблению защитной гидратной оболочки частицы. Результатом является нарушение устойчивости золя, сопровождающиеся его коагуляцией.
Несмотря на ТД неустойчивость, коллоидные системы все же могут существовать довольно долго. Например, в Англии хранятся коллоидные растворы золота, приготовленные еще в начале девятнадцатого века М. Фарадеем. Почти за 200 лет они не изменили своих свойств, что свидетельствует о достаточно большой устойчивости этих систем.
Есть ли коллоидные растворы Каблукова?!
Это связывается с тремя основными факторами:
- наличие заряда на частицах (электростатический фактор - довольно слабый фактор стабилизации, действует в системах с небольшой концентрацией дисперсной фазы)
- Наличие адсорбционных слоев
- расклинивающее давление (упругость сольватных оболочек вокруг каждой частицы в соответствующих условиях)
Коагуляция — явление слипания коллоидных частиц и выпадения их в осадок — наблюдается при нейтрализации зарядов этих частиц, когда в коллоидный раствор добавляют электролит. При этом раствор превращается в суспензию или гель. Некоторые органические коллоиды коагулируют при нагревании (клей, яичный белок) или при изменении кислотно-щелочной среды раствора.