Коллоидная химия

Рассмотрим взаимодействие двух частиц. Будем одну частицу считать неподвижной, а вторую - приближающейся к ней с энергией, равной kT.

Если , частицы останутся на расстоянии и будут связаны между собой через слой дисперсионной среды, т.е. образуют "пару", но непосредственно не слипаются и не теряют своей седиментационной устойчивости. В таких случаях говорят, что взаимодействие происходит в дальнем минимуме.

Если , то частицы при столкновении отлетают друг от друга. Система агрегативно устойчива.

Если , то происходит медленная коагуляция.

Если , то происходит быстрая коагуляция.

Так как золь обычно рассматривают при постоянной температуре, кинетическая энергия частиц остается постоянной. Следовательно, для коагуляции должен быть уменьшен потенциальный барьер коагуляции .

Обычно для понижения потенциального барьера в систему вводится электролит-коагулянт. Теория ДЛФО дает возможность вычислить порог быстрой коагуляции :

где А, В - постоянные величины, которые могут быть рассчитаны; - диэлектрическая проницаемость среды; Z - заряд иона-коагулянта; е - заряд электрона.

Из этой формулы видно, что зависимость порога коагуляции от заряда иона-коагулянта, выведенная из теории ДЛФО, согласуется с эмпирическим правилом Шульце-Гарди:

3.5.5.

ВИДЫ КОАГУЛЯЦИИ ЭЛЕКТРОЛИТАМИ

При коагуляции золя электролитами различают концентрационную коагуляцию и нейтрализационную коагуляцию.

Концентрационная коагуляция имеет место, когда она происходит под действием индифферентного электролита вследствие сжатия диффузного слоя противоионов и уменьшения абсолютного значения дзета-потенциала.

Рассмотрим концентрационную коагуляцию золя хлорида серебра, стабилизированного нитратом серебра, при введении в золь нитрата калия.

Формула мицеллы имеет вид:

На рис. 10.3 показан график изменения потенциала в ДЭС мицеллы хлорида серебра. Кривая 1 относится к исходной мицелле, кривая 2 - после добавления в количестве, вызывающем коагуляцию. При добавлений диффузный слой противоионов сжимается, формула мицеллы приобретает вид:

На рис. 10.4 представлены потенциальные кривые, характеризующие взаимодействие частиц в этом золе. Дзета-потенциал исходной коллоидной частицы положительный, это создает потенциальный барьер коагуляции > 0 (кривая 1). Поэтому при столкновении коллоидные частицы отталкиваются друг от друга, коагуляция не происходит. После добавления нитрата калия дзета-потенциал становится равным нулю и = 0 (кривая 2). Поэтому ничто не мешает коллоидным частицам сблизиться на такое расстояние, где преобладают силы притяжения - происходит коагуляция. Так как в данном случае причиной коагуляции является увеличение концентрации противоионов, она называется концентрационной коагуляцией.

Нейтрализационная коагуляция происходит при добавлении к золю неиндифферентного электролита. Как отмечалось в разделе 3.3.4, при этом потенциалопределяющие ионы связываются в малорастворимое соединение, что приводит к уменьшению абсолютных величин термодинамического потенциала, а следовательно, и дзета-потенциала вплоть до нуля.

Если взять в качестве исходного только что рассмотренный золь хлорида серебра, то для нейтрализации потенциалопределяющих ионов Ag+ в золь необходимо ввести, например, хлорид калия. После добавления определенного количества этого неиндифферентного электролита мицелла будет иметь вид:

В системе не будет ионов, способных адсорбироваться на поверхности частицы AgCl, и поверхность станет электронейтральной. При столкновении таких частиц происходит коагуляция.

Так как причиной коагуляции в данном случае является нейтрализация потенциалопределяющих ионов, такую коагуляцию называют нейтрализационной коагуляцией

Необходимо отметить, что для полной нейтрализационной коагуляции неиндифферентный электролит должен быть добавлен в строго эквивалентном количестве.

КОАГУЛЯЦИЯ СМЕСЬЮ ЭЛЕКТРОЛИТОВ

Коагуляция смесью электролитов имеет большое практическое значение, так как даже при добавлении к золю одного электролита-коагулянта, в действительности коагуляция происходит, по крайней мере, под влиянием двух электролитов, так как в системе, кроме того, содержится электролит-стабилизатор. Кроме того, в технике для коагуляции часто применяют смесь двух электролитов. Понимание закономерностей взаимного действия электролитов важно также при исследовании воздействия биологически активных ионов на органы и ткани живого организма.