Тема 5.6. Коллоидные растворы

Понятие о дис­персных системах. Степень дисперсности и удельная поверхность. Классификация дисперсных систем по степени дисперсности и агрегатному состоянию. Общая харак­теристика грубодисперсных, коллоидно-дисперсных систем, истинных растворов, вы­сокомолекулярных соединений.

Строение коллоидных частиц: ядро, гранула, мицелла. Стабилизация коллоидов. Понятие о кинетической и агрегатной устойчивости коллоидных систем. Коагуляция. Факторы, вызывающие коагуляцию. Изоэлектрическое состояние. Порог коагуляции. Взаимная коагуляция золей. Коллоидная защита. Пептизация. Электрокинетическое явление. Электроосмос и электрофорез, их использование.

Молекулярно- кинетические свойства: броуновское движение, диффузия, осмотиче­ское давление. Седиментация.

Оптические свойства коллоидов: опалесценция, эффект Фарадея-Тиндаля, окраска золей. Оптические свойства чая, вин, молока, бульонов. Методы исследования: ультрамикроскопия, нефелометрия. Методы получения коллоидных растворов: диспергирование, конденсация. Очистка золей: диализ, ультрафильтрация. Практическое применение данных процессов. Составление схем мицелл.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

В коллоидной химии широко используются понятия из курса физической химии, в т. ч. система, фаза, гомогенная и гетерогенная системы. Необходимо уяснить поня­тия: дисперсность, дисперсионная среда и дисперсная фаза. Без знания этих терми­нов невозможно понять классификацию дисперсных систем. Дисперсность (раздроблен­ность) частиц дисперсной фазы положена в основу классификации дисперсных систем. Классификацию дисперсных систем проводят также по агрегатному состоянию дисперс­ной фазы и дисперсионной среды.

При изучении этой темы следует узнать, что в настоящее время общепринятой теорией строения коллоидных частиц является мицеллярная теория, разработанная П. П. Веймарном, Ф. Д. Думанским, Н. П. Песковым, С. М. Липатовым и другими учены­ми. Согласно этой теории всякий гидрофобный золь состоит из двух частей: мицелл - электрически нейтральных структурных коллоидных частиц и дисперсионной среды. Строение коллоидных частиц удобнее рассматривать, если проследить процессы обра­зования частиц.

Изучая получение коллоидов, важно уяснить два метода:

1. Диспергирование — дробление более крупных по размеру частиц до коллоидной степени дисперсности.

2. Конденсация — укрупнение частиц в результате объединения атомов и молекул в агрегаты коллоидной степени, дисперсности.

Чтобы измельчить твердые и жидкие вещества, нужно совершить определенную ра­боту. Для этой цели необходимо применить механическое дробление тел до заданной величины дисперсности, диспергирование ультразвуковыми колебаниями, электриче­ское диспергирование под влиянием постоянного и переменного электрического поля. Методы диспергирования применяются при получении крахмала, пряностей, кофе, ка­као и др. Тонко измельченное вещество приобретает много новых ценных свойств: краски - лучшую кроющую способность, яркость, большую устойчивость; вяжущие строительные материалы - прочность, быстрое схватывание и отвердение; катализа­торы - повышенную активность в химических реакциях; продовольственные материалы — лучшие вкусовые качества.

В основе конденсационных методов лежит процесс образования частиц дисперсной фазы из вещества, находящегося в молекулярном или ионном состоянии. Необходимое требование — создание пересыщенного раствора, из которого должна быть получена коллоидная система. Чтобы получить коллоиды методом пептизации, свежий осадок обрабатывают небольшим количеством электролита, в результате вещество осадка пе­реходит в коллоидный раствор. Получение коллоидов осуществляется в присутствии стабилизаторов. Затем следует рассмотреть методы очистки коллоидных растворов от примесей электролитов с помощью диализа, электродиализа, ультрафильтрации.

Обратите внимание на практическое применение методов получения и очистки кол­лоидно-дисперсных систем.

Ознакомившись со строением коллоидных частиц, методами получения и очистки коллоидов, перейдите к изучению свойств коллоидных растворов.

Изучая устойчивость коллоидов, запомните, что важнейшими факторами, обеспечивающими стабилизацию золей, являются:

а) высокая степень дисперсности,·

б) наличие одноименного заряда гранул, определяющих электрокинетический по­тенциал;

в) наличие сольватных (гидратных) оболочек ионов диффузионного слоя, которые не позволяют противоионам данного слоя внедряться в адсорбционный слой.

Различают два вида устойчивости: агрегативную - способность препятствовать слипанию и кинетическую — способность противостоять оседанию частиц.

При уменьшении влияния факторов, вызывающих стабилизацию коллоидов, происхо­дит потеря устойчивости за счет слияния ядер мицелл. Это приводит к образованию крупных агрегатов - коагуляции. В этом случае нарушается агрегативная устойчи­вость систем, и вещество выпадает в осадок — седиментация (нарушение кинетиче­ской устойчивости).

Особое внимание обратите на коагуляцию электролитов согласно правилу Шульце-Гарди, связывающего величину порога коагуляции с валентностью иона—коагулятора, и на взаимную коагуляцию коллоидов.

Стабилизация коллоидных систем против коагуляции при помощи высокомолекуляр­ных, поверхностно-активных и других веществ имеет большое значение в технологии производства пищевых продуктов. Изучив явление стабилизации и коагуляции, следу­ет привести ряд примеров использования на практике этих явлений.

ПОСЛЕ ИЗУЧЕНИЯ ТЕМЫ ОБУЧАЮЩИЙСЯ ДОЛЖЕН ЗНАТЬ И УМЕТЬ:

- Характеристику дисперсных систем, их классификацию.

- Строение коллоидных частиц.

- Объяснить понятия: ядро, гранула, мицелла, потенциал определяющие ионы, ад­сорбционный и диффузный слой.

- Объяснить суть состояния коллоидов: агрегативная и кинетическая устойчи­вость, коагуляция, седиментация.

- Описать явление электрофореза и электроосмоса.

- Описать молекулярно-кинетические и оптические свойства коллоидов.

- Описать методы получения коллоидов: конденсация и диспергирование.

ВОПРОСЫ ДЛЯ КОНТРОЛЯ:

1. Что называется коллоидной системой?

2. Изобразите схему строения мицеллы иодида серебра, если стабилизатором яв­ляется KJ.

3. Каковы основные методы получения коллоидных систем?

4. Что такое пептизация?

5. Каковы назначение и сравнительная эффективность диализа, электродиализа и ультрафильтрации?

6. Какими оптическими методами можно определить размеры и форму коллоидных частиц?

7. В чем заключаются основные различия в поглощений света истинными и колло­идными растворами?

8. Какими методами изучается внутренняя структура коллоидных частиц?

9. Какие свойства коллоидных систем относятся к молекулярно-кинетическим? По­чему они так называются?

10. Дайте характеристику кинетической устойчивости коллоидных систем.