34. Конденсационное образование лиофобных дисперсных систем. Уравнение для радиуса и работы образования критического зародыша

При образовании дисперсных систем под конденсацией понимают возникновение новой фазы путем соединения молекул, ионов или атомов в гомогенной среде.

Образование систем высокой дисперсности по конденсационному механизму возможно, если, с одной стороны, возникает большое число зародышей новой, термодинамически более стабильной фазы, с другой стороны, скорость роста этих зародышей лежит в области определенных умеренных значений.

Факторы, приводящие к появлению новой фазы, можно разделить на две группы: химические, т.е. протекание химических реакций, приводящие к возникновению высоких концентраций слаборастворимого соединения и физические такие как изменения давления, температуры.

35. Химические и физические методы создания метастабильности в системе. Зависимость размера частиц от различных факторов

Химические: протекание химических реакций приводит к возникновению высоких концентраций слаборастворимых соединений. Физические: изменение давления и температуры, замена растворителя.

• Реакция обмена. Этим способом получают золи галогенидов, сульфидов и гидроксидов металлов. Характерным примером синтеза золей с использованием реакции обмена является получение гидрозолей иодида серебра.

• Реакции восстановления. Получение золей золота и серебра при взаимодействии солей этих металлов с различными восстановителями: фосфором (Фарадей), таннитом (Оствальд), формальдегидом (Зигмогди), ацетоном (Девис), например

• Реакция окисления

• Гидролиз солей. Гидролиза хлорного железа

• Конденсация паров. Сущность метода заключается в том, что в газообразной системе при изменении температуры давление пара может стать выше равновесного давления пара над жидкостью или твердым телом и в газообразной фазе возникает новая жидкая или твердая фаза. Система становится гетерогенной, образуются аэрозоли (туман, дым).

• Замена растворителя. Если насыщенный раствор канифоли в этиловом спирте влить в большой объем воды, то полученный раствор в спирто-водной среде оказывается пересыщенным. Пересыщение приводит к агрегированию частиц канифоли, система становится гетерогенной, образуется коллоидная система – золь канифоли.

В области 1 скорость нуклеации достаточна, но скорость роста кристаллов невелика, так как концентрация небольшая. Поэтому образуется коллоидная система - золь. В области 2 с увеличением концентрации роста увеличивается, частицы быстро укрупняются и под действием силы тяжести оседают, образуется осадок. В области 3 при высокой концентрации вещества, образующего дисперсную фазу, вязкость возрастает, скорость диффузии вещества из раствора к поверхности зародыша уменьшается. При высокой скорости нуклеации образуется много мелких частиц, которые соединяются друг с другом, образуя структированную коллоидную систему – гель.

36. Гетерогенная конденсация

Если в метастабильной фазе имеются какие-либо поверхности или какие-то посторонние включения, которые могут способствовать образованию и росту зародыша, при этом необходимо, чтобы образовавшиеся зародыши изибирательно смачивались.

37. Принцип построения мицелл ионостабилизированных золей. Пример

Мицелла — это отдельная частица дисперсной фазы коллоидной системы с жидкой дисперсионной средой, состоящая из кристаллического или аморфного ядра и поверхностного слоя, включающего сольватно связанные молекулы окружающей жидкости.

Избыток одного из компонентов действует как стабилизатор коллоидного раствора. Пусть в избытке находится BaCl₂. Вначале образуется агрегат мицеллы, являющийся мельчайшим кристалликом.

На поверхности кристалла имеются вакантные места, которые занимают ионы Ba²⁺. Таким образом, ионы вследствие избирательной ионной адсорбции достраивают кристаллическую решетку. Они придают положительный заряд поверхности ядра и называются потенциалопределяющими ионами (ПО-ионами). Ионы Cl^-, образовавшиеся при диссоциации, имеют заряд, противоположный заряду поверхности. Под действием электростатических сил ионы притягиваются к ядру, нейтрализуя его заряд.

Противоионы находятся в тепловом движении. Часть противоионов (nx) , находящихся в непосредственном близости от ядра, связаны с ним помимо электростатических сил адсорбционными силами. Другая часть противоионов x, находящаяся вследствие теплового движения и электростатического отталкивания между одноименно заряженными ионами, находится на некотором удалении от ядра, образуя диффузионный слой. Таким образом, вокруг мицеллы существует двойной электрический слой, стабилизирующий мицеллу. Заряды потенциалопределяющих ионов и противоионов полностью скомпенсированы, поэтому мицелла электронейтральна.