1.3. Строение мицелл золей

В настоящее время общепринятой теорией строения коллоидных частиц является мицеллярная теория, согласно которой дисперсная фаза в системах коллоидной степени дисперсности представлена в виде мицелл. Мицелла — это агрегат молекул и ионов, состоящий из ядра и двойного электрического слоя. Хотя сами мицеллы электронейтральны, на поверхности каждой из них концентрируется электрический заряд определенного знака — либо положительного, либо отрицательного. Наличие одноимённого заряда у всех частиц данного золя является важным фактором его устойчивости. Заряд препятствует сближению частиц, а значит, предотвращает их слипание, укрупнение и выпадение в виде осадка.

Причиной возникновения заряда является процесс адсорбции ионов того или иного знака на поверхности частиц, происходящий в соответствии с правилом Пескова—Фаянса^:

На поверхности ядра мицеллы адсорбируются из раствора преимущественно те ионы, которые входят в кристаллическую решетку ядра и содержатся в растворе в избытке.

В качестве примера получения золя, образования и строения его мицеллы рассмотрим реакцию двойного обмена:

2H₃AsO₃ + 3H₂S = As₂S₃↓ + 6H₂O.

В случае если одно из веществ взято в избытке, оно будет выполнять роль стабилизатора. Другое вещество будет в недостатке, что предотвращает рост зародышей коллоидных частиц до крупных размеров. Молекулы As₂S₃, конденсируясь, образуют ядро мицеллы m[As₂S₃] (m означает число молекул сульфида мышьяка).

При избытке, например, H₂S он будет являться стабилизатором. Сероводород диссоциирует по уравнению:

H₂S ^←_→ H⁺ + HS^–.

Рис. 11. Строение мицеллы золя сульфида мышьяка (1 — ионы HS^–; 2 — ионы H⁺; 3 — адсорбционный слой; 4 — диффузный слой)

По правилу Пескова-Фаянса на ядре m[As₂S₃] будут адсорбироваться, как родственные и находящиеся в растворе в избытке, ионы nHS^– (рис. 11). Эти ионы плотно прилегают к ядру и называются потенциалопределяющими. Они определяют знак заряда на поверхности твердых частиц — гранул.

Отрицательно заряженные ионы HS^– притягивают из раствора часть находящихся в избытке ионов Н⁺, образующих слой противоионов (n–x)H⁺ в адсорбционном слое.

Ядро m[As₂S₃] и адсорбционный слой (куда входят ионы nHS^– и противоионы (n–х)Н⁺) образуют гранулу, несущую отрицательный заряд, так как ионов nHS^– больше, чем (n–x)H⁺ на число х. Другая часть противоионов хН⁺ образуют диффузный слой в составе двойного электрического слоя, окружающего ядро мицеллы.

Формула золя сульфида мышьяка:

{[mAs₂S₃] · nHS^– · (n–x)H⁺ }^x– xH⁺

| < ядро >| <адсорбционный > <диффузный>

| | слой слой

|< -------- гранула ------------->

| < -------------- мицелла ---------------------- >

Итак, двойной электрический слой состоит из адсорбционного слоя (в нем содержатся родственные потенциалопределяющие ионы и часть противоионов) и диффузного слоя противоионов.

В электрическом поле гранула, имеющая отрицательный заряд, перемещается к положительному электроду, а противоионы — к отрицательному.