Вопрос 16.

Золь— дисперсная система с жидкой дисперсионной средой. Ультрамикрогетерогенные частицы 10^-7 - 10^-9м (нано уровень).

В зависимости от характера взаимодействия частиц дисперсионной фазы и дисперсионной среды водные коллоидные растворы делятся на

лиофильные(в них молекулы дисперсионной среды активно взаимодействуют с частицами коллоидной твердой фазы, то естьсольватируются, и образуют вокруг частицы сольватную оболочку);

лиофобные (в них молекулы дисперсионной среды практически не взаимодействуют с частицами коллоидной твердой фазы и не образуют вокруг частицы сольватную оболочку).

Лиофильные коллоиды, к которым относится и водные золи кремнезема состоят из сложных электронейтральных комплексов - мицелл, характеристикой которых являетсядвойной электрический слой- слой ионов, образующийся на поверхности частиц в результате адсорбции ионов из раствора, диссоциации поверхностного соединения или ориентирования полярных молекул на границе фаз.

Экспериментально установлено, что при движении твердой и жидкой фаз относительно друг друга скольжение жидкости происходит не у твердой поверхности, а в самой жидкости по плоскости, представляющей собой границу между адсорбционными и диффузионным (подвижным) слоем жидкости. При этом на границе создается разность потенциалов, называемая электрокинетическим или (ξ-потенциалом). Таким образом, электрокинетический потенциал — потенциал границы скольжения фаз, определяемый как разность потенциалов между адсорбционным слоем жидкости, неподвижно связанным с поверхностью твердой фазы, и всей остальной (подвижной) массой жидкости.

Влияние различных факторов: Значение ξ-потенциала возрастает по мере расширения двойного электрического слоя, что имеет место при разбавлении системы. При добавлении в систему электролитов диффузный слой будет сжиматься и все большее число противоионов будет попадать в адсорбционный слой, вызывая уменьшение ξ-потенциала. Если двойной слой предельно сжат (противоиоиы не выходят за пределы адсорбционного слоя), ξ-потенциал равен нулю, что соответствует изоэлектрическому состоянию. С увеличением радиуса иона растет его поляризуемость, уменьшается степень гидратации и облегчается проникновение ионов в двойной электрический слой.

При введении в систему многозарядных ионов, имеющих заряд, противоположный по знаку заряду дисперсной фазы, изменяется знак электрокинетического потенциала.

Вопрос 17. Устойчивость и коагуляция коллоидных силикатных систем

Высокоразвитая поверхность коллоидных систем обусловливает большой избыток свободной поверхностной энергии, что делает эти системы термодинамически неустойчивыми и стремящимися к уменьшению межфазной энергии. Это вызывает нарушение агрегативной устойчивости коллоидной системы, уменьшение степени дисперсности и объединение (слипание) частиц под действием молекулярных сил в агрегаты, т. е. происходит коагуляция, а система называется агрегативно неустойчивой.

Коагуляция происходит в результате воздействия внешних факторов — механических воздействий, электрического тока, изменения температуры, жесткого излучения, введения в систему электролитов и неэлектролитов, приводящих к понижению ξ-потенциала.

Лиофильные системы, являющиеся молекулярными коллоидами (например, глины), диспергируются самопроизвольно, образуя термодинамически устойчивые коллоидные растворы, в то время как лиофобные коллоиды не могут диспергироваться самопроизвольно. . Диспергирование лиофобных коллоидов осуществляется за счет внешней работы или химических процессов.

Процесс, обратный коагуляции, т. е. переход коагулята в золь, называется пептизацией или дезагрегацией.При пептизации частицы скоагулировавшего осадка в результате адсорбции тех или иных ионов приобретают одноименный заряд, взаимно отталкиваясь, переходят в раствор, образуя золь. В результате адсорбции происходит повышение ξ-потенциала частиц и увеличение степени их сольватации (гидратации). Чем меньше времени прошло с момента коагуляции, тем более вероятна пептизация осадка. По мере постепенного агрегирования частиц уменьшаются и дисперсность, и поверхностная энергия, что делает процесс пептизации необратимым. Пептизацию возможно вызвать удалением электролита промыванием осадка.

Стабильность гидрофобных золей зависит большей частью от заряда частиц, в то время как для гидрофильных золей это менее важно, поскольку они стабилизируются посредством сольватации или гидратации.

Поверхностно-активные вещества (ПАВ)способствуют снижению поверхностного (межфазного) натяжения вследствие адсорбции и ориентации молекул на поверхности раздела фаз. Они характеризуются незначительной величиной максимально возможной концентрации их в растворе в молекулярной форме, способностью образовывать мицеллы выше определенной, так называемой критической концентрации мицеллообразования (ККМ), связанной с уменьшением свободной энергии системы, а также солюбизацией водонерастворимых веществ внутри мицелл. ПАВ в основном являются органическими соединениями, молекулы которых имеют дифильное строение, т. е. содержат лиофильные (гидрофильные) и лиофобные (гидрофобные) группы атомов. Гидрофильные группы способствуют растворению ПАВ в воде, а гидрофобные (в основном углеводородные) — в неполярных средах. . Гидрофобная углеводородная группа (радикал) является причиной пониженной растворимости этих соединений.

По способности к диссоциации в водных растворах ПАВ разделяют на ионные (ионогенные) и неионные (неионогенные). Ионные (ионогенные) диссоциируют в растворе на ионы, одни из которых поверхностно-активные, а другие не обладают поверхностной активностью. В зависимости от знака заряда ионогенные подразделяют на анионные, катионные и амфотерные (амфолитные).

Анионные ПАВ диссоциируют в воде с образованием поверхностно-активных анионов, которые, адсорбируясь на поверхности, заряжают ее отрицательно. К этому типу ПАВ относятся карбоновые кислоты и их соли (мыла), алкилсульфаты, алкиларил-сульфонаты, фосфаты и тиосульфаты, а также соли синтетических жирных кислот (СЖК), которые представляют собой водорастворимые ПАВ на основе сульфокислот и их соли с многозарядными катионами.

Катионные ПАВ диссоциируют в воде с образованием поверхностно-активных катионов, которые, адсорбируясь на поверхности, заряжают ее положительно. К этому типу ПАВ относятся соли первичных, вторичных и третичных аминов, а также соли алкилзамещенных аммониевых оснований.

Амфотерные ПАВ, содержащие две функциональные группы, в зависимости от рН среды обладают анионактивными или катионактивными свойствами.

Неионогенные ПАВ — вещества, молекулы которых в растворах не диссоциируют на ионы. Молекулы таких веществ состоят из длинной углеводородной цепочки с несколькими полярными неионогенными группами (гидроксильными или эфирными) на конце, обусловливающими растворимость в воде. К этому типу ПАВ относятся оксиэтилированные жирные кислоты с различной длиной оксиэтиленовой цепи. Такие ПАВ позволяют при синтезе регулировать гидрофильность путем изменения длины оксиэтиленовой цепи. В этом их преимущество.