Лабораторная работа № 4 Тема:«Получение и строение коллоидных частиц».

1. Теоретическая часть.

Изучением коллоидных систем занимается коллоидная химия. В настоящее время, говоря о коллоидах, имеют в виду не отдельный класс веществ, а особое состояние вещества, характеризующееся определенным размером частиц. Коллоидные системы представляют собой частный вид дисперсных систем с размером частиц от 1 до 100 нм (т.е. 10 ^-9–10^{- 7}м).

Коллоидные растворы занимают промежуточное положение между истинными растворами и грубодисперсными системами.

От истинных растворов коллоиды отличаются наличием:

- поверхности раздела между фазами;

- малыми скоростями диффузии;

- неспособностью проникать через мембраны клеток животных и растений;

- способностью рассеивать свет.

Различие окраски при рассматривании коллоидов в проходящем и отраженном свете, обусловленном светорассеянием, получило название опалесценции.

От грубодисперсных систем коллоидные растворы отличаются:

-достаточной кинетической устойчивостью относительно самопроизвольного расслаивания.

Коллоидные растворы обладают своеобразными кинетическими, оптическими и электрическими свойствами и чрезвычайно широко распространены в природе. Так, например, важнейшие составляющие живых организмов: белки, кровь, лимфа, углеводы и др. находятся в коллоидном состоянии. Большую роль в повышении плодородия имеют почвенные коллоиды.

Все дисперсные системы классифицируются:

1. По величине частиц дисперсной фазы и по степени дисперсности.

А. Грубодисперсные

Б. Коллоидно-дисперсные

В. Молекулярно (ионно)-дисперсные.

2. По агрегатному состоянию

3. По интенсивности взаимодействия частиц на поверхности раздела между фазами.

По характеру взаимодействия между частицами дисперсионной фазы и дисперсионной среды.

1. Лиофобными называли коллоиды, у которых дисперсная фаза не взаимодействует с дисперсионной средой. Сюда относятся золи металлов, неметаллов, гидраты оксидов металлов, практически нерастворимых солей и др.

2. У лиофильных коллоидов дисперсная фаза хорошо взаимодействует с дисперсионной средой (крахмал, желатин, каучук и т. д.). Чаще их называют ВМС (растворы высокомолекулярных соединений). Характер поведения ВМС в растворах определяется свойствами их длинных цепеобразных частиц – макромолекул. Огромные размеры макромолекул, превышающие в отдельных случаях размеры коллоидных частиц, объединяют эти системы с коллоидно-дисперсными системами. Сближает их и то обстоятельство, что при концентрировании растворов ВМС они обращаются в так называемые студни (гели), в которых решающую роль играют поверхностные (адсорбционные) явления, которые характерны для гетерогенных лиофобных коллоидов. В остальном лиофильные золи гораздо ближе к обычным молекулярным растворам.

Установлено, что системы, ранее называвшиеся лиофильными золями, представляют собой не что иное, как истинные растворы высокомолекулярных соединений.

Эти растворы:

- являются системами гомогенными и термодинамически равновесными.

- структурной единицей лиофильных золей является не мицелла (как у лиофобных), а сильно сольватированная (гидратированная) макромолекула высокомолекулярного или высокополимерного соединения.

Поэтому растворы ВМС не могут быть отнесены к типично коллоидным системам и применение к ним термина “лиофильные коллоиды” не вполне оправдано, как не соответствующее его содержанию.

По величине макромолекул ВМС напоминают коллоидные системы. Поэтому произошло разделение их на коллоидно-дисперсные (ультрамикрогетерогенные) системы и растворы ВМС.

Однако было установлено, что белки, крахмал, желатин, каучук относятся к высокомолекулярным соединениям (ВМС) и являются истинными молекулярными растворами:

Коллоидная химия изучает также более грубодисперсные системы, называемые микрогетерогенными, с размером частиц от 100 нм до нескольких микрон, хорошо видных в микроскопе. Сюда относятся эмульсии, пены, суспензии, порошки, аэрозоли, имеющие большое практическое значение.

Следовательно, коллоидная химия – это наука, изучающая физико-химические свойства гетерогенных высокодисперсных систем и высокомолекулярных соединений.

Получение коллоидов.

Учитывая, что коллоидные системы занимают промежуточное положение между грубодисперсными и молекулярно-дисперсными системами, в основу их получения могут быть положены два принципа: дробление крупных частиц до размера коллоидных и укрупнение – объединение в агрегаты молекул или ионов частиц, приближающихся по размерам к коллоидным. Первый метод получил название дисперсионного, а второй – конденсационного метода.

1. Дисперсионные методы получения коллоидов делят на:

   0. 1.1. механические,

   1. 1.2. ультразвуковые,

   2. 1.3. метод пептизации и

1.4. метод растворения.

2. В основе большинства конденсационных методов получения коллоидных растворов лежат:

1. химические реакции окисления, восстановления;

2. реакции обменного разложения;

3. гидролиза, а также

4. физические методы – замены растворителя;

5. физической конденсации.

Для получения устойчивых коллоидов их необходимо очистить от избытка электролитов, образующихся при получении золей.

Очистку проводят методом:

1. диализа (проточного и непроточного);

2. электродиализа;

3. ультрафильтрации. Сущность этих методов заключается в фильтровании коллоида через полупроницаемые мембраны, поры которых не пропускают коллоидные частицы и макромолекулы, но легко пропускают ионы электролита.

Строение коллоидных частиц. Поскольку любая коллоидная система состоит из двух фаз, на поверхности раздела этих фаз возникает двойной электрический слой. Коллоидная частица, являющаяся макроагрегатом, состоящим из множества молекул, образует ядро. Ядро коллоидной частицы адсорбирует на своей поверхности те ионы электролита-стабилизатора, находящегося в избытке, которые способны достраивать кристаллическую решетку ядра или избирательно адсорбироваться на поверхности ядра.

Такие ионы называются потенциалопределяющими. Ионы противоположного знака, компенсирующие заряд потенциалопределяющих ионов, называются противоионами.

В качестве примера рассмотрим образование золя иодида серебра, полученного по реакции двойного обмена между нитратом серебра и иодидом калия, взятом в небольшом избытке и служащим стабилизатором:

AgN0₃ + KI → AgI + KN0₃

Молекулы иодида серебра из-за малой растворимости быстро перенасыщают раствор и образуют путем конденсации ядро коллоидной частицы, которое изображают так: m[AgI], где m – число молекул, входящих в состав ядра. Поскольку KI взят в избытке, то на ядре будет адсорбироваться n ионов I^-. Противоионы К⁺ (их количество тоже n), частично (n – х) располагаются в адсорбционном слое, а остальные (х) – в диффузном.

----------- ------------- -----