§ 14.2. Получение и устойчивость дисперсных систем

Непрерывную фазу дисперсных систем принято называть дис­персионной средой, а совокупность раздробленных частиц – дисперсной фазой.

Размеры частиц дисперсной фазы в общем случае варьируют в широком диапазоне: в высокодисперсных системах, которые на­зывают коллоидно-дисперсными, — от 10~⁹ до 10~⁷ м (частицы размером менее 10^-9 м образуют истинные растворы); в грубодисперсных системах (эмульсии, суспензии) — от 10^-7 до 10^-5 м (бо­лее крупные частицы рассматривают как отдельные физические тела).

Методы получения дисперсных систем. Основаны либо на дроблении крупных (методы диспергирования), либо на укрупнении мелких (методы конденсации) частиц. И диспергирование, и кон­денсация могут протекать как без участия химических или физи­ко-химических процессов, так и с их участием, поэтому условно выделяют физические и химические методы получения дисперс­ных систем.

Диспергирование проводят с использованием коллоидных и шаровых мельниц, с помощью электричества, ультразвука, виб­рации (физические методы) или пептизации (химический метод).

Физические конденсационные методы основаны на создании в гомогенной системе пересыщения путем изменения температу­ры или состава растворителя. Химические конденсационные ме­тоды заключаются в проведении реакций, заканчивающихся обра­зованием нерастворимых веществ. Реакции проводят таким обра­зом, чтобы скорость образования частиц дисперсной фазы пре­вышала скорость их роста, так как от соотношения скоростей этих процессов зависит степень дисперсности получаемой системы. Такое условие достигается подбором концентраций реагентов, температурного режима, введением ингибиторов роста кристал­лов. Для получения золей методом химической конденсации мож­но использовать окислительно-восстановительные и обменные реакции.

Методы очистки коллоидных растворов. Коллоидные растворы, полученные одним из рассмотренных методов, содержат примеси растворенных низкомолекулярных веществ и грубодисперсных частиц, наличие которых может отрицательно сказываться на свой­ствах золей, снижая их устойчивость.

Для очистки коллоидных растворов от примесей используют фильтрацию, диализ, электродиализ, ультрафильтрацию.

Фильтрация основана на способности коллоидных частиц про­ходить через поры обычных фильтров. При этом более крупные частицы задерживаются. Фильтрацию используют для очистки коллоидных растворов от примесей грубодисперсных частиц.

Диализ — удаление с помощью мембран низкомолекулярных соединений из коллоидных растворов и растворов высокомолеку­лярных соединений. При этом используют свойства мембран про­пускать молекулы и ионы малого размера и задерживать коллоид­ные частицы и макромолекулы. Малые молекулы и ионы диффун­дируют через мембрану в растворитель и при его достаточно частой замене почти нацело удаляются из диализуемой жидкости. В каче­стве мембран для диализа применяют различные пленки: есте­ственные (бычий или свиной мочевой пузырь, плавательный пу­зырь рыб) и искусственные (из нитроцеллюлозы, ацетилцеллю-лозы, целлофана, желатина и других материалов).

Прибор для очистки золей методом диализа называется диализатором; простейший диализатор представляет собой сосуд, нижнее отверстие которого затянуто полупроницаемой мембраной (рис. 4.17). Золь наливают в сосуд и помещают последний в ёмкость с дистиллированной водой (обычно проточной); ионы и молекулы примесей диффундируют через мембрану в растворитель.

Рис. 4.17  Схема диализатора		Рис. 4.18  Схема электродиализатора

Диализ является очень медленным процессом; для более быстрой и полной очистки золей применяют электродиализ..

Электродиализ используют для увеличения скорости диализа низкомолекулярных электролитов. С этой целью в диализаторе создают постоянное электрическое поле с разностью потенциа­лов 20 — 250 В/см (и выше). Электродиализатор состоит из трех частей; в среднюю часть, отделенную от двух других полупроницаемыми мембранами, за которыми помещены электроды, наливается золь (рис. 4.18)

При подключении к электродам разности потенциалов катионы содержащихся в золе электролитов диффундируют через мембрану к катоду, анионы – к аноду. Преимущество электродиализа заключается в возможности удаления даже следов электролитов (необходимо помнить, что степень очистки ограничивается устойчивостью коллоидных частиц; удаление из золя ионов-стабилизаторов приведет к коагуляции). Проведение диализа в электрическом поле позволяет ускорить очистку коллоидного раствора в несколько десятков раз.

Ультрафильтрацию применяют для очистки систем, содержа­щих частицы коллоидных размеров (золи, растворы высокомоле­кулярных соединений, взвеси бактерий и вирусов). В основе мето­да лежит продавливание разделяемой смеси через фильтры с по­рами, пропускающими только молекулы и ионы низкомолеку­лярных веществ. В определенной степени ультрафильтрацию мож­но рассматривать как диализ под давлением. Ультрафильтрацию широко используют для очистки воды, белков, нуклеиновых кис­лот, ферментов, витаминов, а также в микробиологии при опре­делении размеров вирусов и бактериофагов.