4. Коагулирующая способность иона при одинаковом заряде тем больше, чем больше его кристаллический радиус. Поэтому коагулирующая способность органических ионов больше по сравнению с неорганическими ионами.
Для однозарядных неорганических катионов коагулирующая способность убывает в следующем порядке:
Этот ряд называется лиотропным.
При увеличении концентрации иона-коагулянта дзета-потенциал мицеллы золя уменьшается по абсолютной величине. Коагуляция может начинаться уже тогда, когда дзета-потенциал снижается до 0,025-0,040 В (а не до нуля).
3.5.3.
КИНЕТИКА КОАГУЛЯЦИИ ЭЛЕКТРОЛИТАМИ
В качестве количественной характеристики коагуляции Зигмонди предложил использовать скорость коагуляции.
Скорость коагуляции - это изменение концентрации коллоидных частиц в единицу времени при постоянном объеме системы.
где - концентрация частиц; t - время.
Знак "-" стоит потому, что концентрация частиц со временем уменьшается, а скорость всегда положительна.
Степень коагуляции :
где Z - общее число столкновений частиц в единицу времени;
Если = 0, коагуляция не происходит, коллоидный створ агрегативно устойчив.
Если = 1, происходит быстрая коагуляция, т.е. каждое столкновение частиц приводит к их слипанию.
Если 0 << 1, наблюдается медленная коагуляция т.е. только некоторые столкновения частиц приводят к их слипанию.
Чтобы частицы при столкновении слиплись, а не разлетелись как упругие шары должен быть преодолен потенциальный барьер коагуляции . Следовательно, коагуляция произойдет только в том случае, когда коллоидные частицы будут обладать кинетической энергией, достаточной для преодоления этого барьера. Для увеличения степени коагуляции необходимо снижать потенциальный барьер. Это может быть достигнуто добавлением к золю электролита-коагулянта.
Зависимость скорости коагуляции от концентрации электролита представлена на рис. 10.1 . На графике видны три участка:
I.
II.
На этом участке происходит медленная коагуляция.
III.
Каждое столкновение приводит к слипанию частиц - идет быстрая коагуляция.
БЫСТРАЯ КОАГУЛЯЦИЯ
Теория быстрой коагуляции, разработанная М. Смолуховским в 1916 г., основана на следующих положениях.
1. Рассматриваемая система является монодисперсной, радиус частиц r.
2.
3. Рассматриваются только столкновения первичных частиц.
4. Кинетика коагуляции подобна кинетике бимолекулярной реакции:
где k - константа скорости коагуляции.
Проинтегрируем это уравнение, разделив переменные:
где - концентрация частиц золя в начальный момент времени;
Для характеристики быстрой коагуляции используется период коагуляции (период половинной коагуляции) .
Период коагуляции () - это время, через которое концентрация коллоидных частиц уменьшается в два раза.
Согласно теории быстрой коагуляции, константа коагуляции зависит от коэффициента диффузии и может быть вычислена по уравнению
Если подставить в это уравнение величину коэффициента диффузии (уравнение 9.5), получим:
Таким образом, зная вязкость дисперсионной среды и температуру, можно вычислить константу скорости быстрой коагуляции. Теория Смолуховского неоднократно проверялась экспериментально и получила блестящее подтверждение, несмотря на сделанные автором допущения.
МЕДЛЕННАЯ КОАГУЛЯЦИЯ
Медленная коагуляция связана с неполной эффективностью столкновений вследствие существования энергетического барьера. Простое введение величины степени коагуляции в формулы теории Смолуховского не привело к согласию теории с опытом. Более совершенную теорию медленной коагуляции разработал Н. Фукс. Он ввел в кинетическое уравнение коагуляции множитель, учитывающий энергетический барьер коагуляции :