Коагуляція колоїдних розчинів

Стійкість дисперсної системи – це сталість її стану та основних властивостей: дисперсності, рівномірного розподілу частинок дисперсної фази в об’ємі дисперсійного середовища та характеру взаємодії між частинками.

Види стійкості (за Н.П.Пєсковим)

Седиментаційна (кінетична)

Агрегативна

Здатність протистояти дії сил тяжіння (досягається високою степінью дисперсності). Наприклад, емульсії або суспензій – нестійкі, бо вони належать до грубодисперсних систем.

Здатність протистояти агрегації (злипанню) частинок дисперсної фази (найбільш нестійкі – ліофобні (гідрофобні) колоїдні системи, бо для них характерна слабка взаємодія між дисперсною фазою та дисперсійним середовищем.

Коагуляція – це процес злипання колоїдних частинок з утворенням більш крупних агрегатів та втратою агрегативної стійкості.

Механізм коагуляції

Схема взаємодії колоїдних частинок:

а – коагуляція; б – агрегативно стійка система.

Етапи коагуляції:

1. Зближення частинок на відстань, при якій енергія їх взаємного молекулярного притяжіння більше енергії теплового (броунівського) руху;

2. Якщо енергія взаємного притяжіння більше, ніж електростатичне відштовхування відбудеться коагуляція.

Фактори, що впливають на коагуляцію:

· додавання електролітів (впливають на товщину подвійного електричного шару та на -потенціал);

· нагрівання або заморожування;

· механічні дії (інтенсивне струшування, перемішування).

Правила коагуляції

(влив електролітів на коагуляцію):

1. Коагуляцію викликають не всі іони електроліту, а тільки ті, які мають заряд протилежний знаку заряду колоїдної частинки;

2. Здатність викликати коагуляції тим сильніше, чим вище заряд електроліта (ця закономірність називається правилом значності або правилом Шульце – Гарді).

3. В ряду іонів з однаковим зарядом їх коагулююча активність зростає зі зменшенням гідратації. Іони лужних металів за їх коагулюючою здатністю розташовуються в ряд (ліотропні ряди):

Аніони теж утворюють аналогічні ряди, але різниця в їх коагулюючій здатності незначна:

4. Електроліти викликають коагуляцію при досягненні ними певної концентрації.

Поріг коагуляції – це мінімальна молярна концентрація еквіваленту електроліту, яка викликає коагуляцію.

Поріг коагуляції розраховують за формулою:

де – поріг коагуляції моль/л (іноді в (ммоль/л));

– молярна концентрація еквівалента електроліту,

моль/л;

– об’єм золю, л;

– об’єм доданого електроліту, л.

5. В ряду органічних іонів коагулююча дія зростає з підвищенням адсорбційної здатності.

Ліофобні колоїди характеризуються нестійкістю та здатністю до зменшення дисперсності з часом. Самодовільний процес укрупнення частинок в ліофобних золях називається старіннямабо автокоагуляцією. Причиною старіння є повільний процес перекристалізації ядра міцели та змінення дзета-потенціалу.

Колоїдний захист

Колоїдний захист – це механізми, що перешкоджають коагуляції колоїдних частинок. Основну захисну функцію виконує оболонка з гідратованих протиіонів дифузного шару навколо колоїдної частинки, яка захищає її від злипання. Чим товщий дифузний шар, тим стабільніший відповідний гідрозоль.

Захисне число (кількісне вираження здатності захищати золі від коагуляції) – це кількість мг сухої ВМС, що захищає 10 мл золю від коагуляції при приливанні до нього 1 мл 10% розчину (чим більше З.Ч., тим слабкіша захисна дія даної ВМС.

Наприклад:

P желатина, казеїн (захисні числа 0,01 – 0,1) – значна захисна дія;

P крохмаль, декстрини (захисні числа 20 – 45) – слабка захисна дія. Механізм захисної дії ВМС можна пояснити тим, що макромолекули адсорбуються на поверхні колоїдних частинок, створюючи адсорбційні сольватні шари, які підвищують гідрофільність колоїдних частинок.