Теоретическое введение

Основными свойствами коллоидных систем являются молекулярно-кинетические, оптические, электрокинетические. К молекулярно-кинетическим свойствам относятся броуновские движения, диффузия, осмос и другие.

Броуновское движение – выражается в том, что частицы дисперсной фазы под влиянием ударов молекул дисперсной среды находятся в состоянии непрерывного хаотического движения. Броуновское движение является причиной диффузии частиц в коллоидных системах.

Диффузией – называют процесс самопроизвольного выравнивания концентрации частиц дисперсной фазы в объеме дистиллированной воды вследствие их теплового (броуновского) движения.

Осмосом – называют одностороннюю диффузию дисперсной среды. Осмос можно наблюдать тогда, когда коллоидный раствор и дисперсионная среда отдельны друг от друга полупроницаемой перегородкой, пропускающей молекулы дисперсной среды. Таким образом, молекулы дисперсной среды свободно проходят через полупроницаемую перегородку, а частицы дисперсной фазы, встречая такую перегородку на своем пути, производит на нее давление, называемое осмотическим. Осмотическое давление качественно можно наблюдать по деформации полупроницаемой перегородки (мембраны) (рис. 1)

Рис. 1. Осмотическое давление в коллоидных растворах.

Наиболее характерными оптическими свойствами коллоидных растворов являются светорассеяние (эффект Фарадея-Тиндаля), опалесценция и другие. В основе этих свойств может рассеяние и поглощения света коллоидными частицами. Эффект Фарадея-Тиндаля заключается в том, что если световой луч пропустишь через прозрачный коллоидный раствор, находящийся в темноте, то в золе будет заметен светящийся след светового луча в виде конуса (рис.2.)

Рис.2. Эффект Фарадея-Тиндаля

Рис 2.Эффект Тиндаля

В истинных растворах или чистых жидкостях это явление не наблюдается, поэтому эффектом Фарадея-Тиндаля часто используется для того, чтобы решать вопрос о том относится ли данная система к коллоидам.

Явление опалесценции выражается в появлении некоторой мутноватости и в изменении окраски золя в происходящем и отраженном свете. Цвет опалесценции золей преимущественно голубой (голубой цвет разбавленного водой молока, синий цвет морской волны, табачного дыма). Объясняется это тем, что желтые и красные лучи (с большей длинной волны) мало рассеиваются и проходят через систему, а голубые и синие (с меньшей длиной волны) хорошо рассеиваются.

Во всех коллоидных системах, особенно в тех, где дисперсионной средой является вода, большую роль играет электрический заряд на поверхности частиц. Свойства коллоидных растворов, связанные с зарядом частиц, называют электрокинетическими. Из этих свойств наибольшее значение имеют электрофорез и электроосмос.

Электрофорез – движение коллоидных частиц в воде под действием электрического поля. Причиной всех электрокинетических свойств является образование двойного электрического слоя на границе раздела двух фаз, который может образоваться в результате различных причин (обмен ионами между фазами, преимущественной адсорбцией ионов одного знака на поверхности раздела, адсорбционной ориентацией полярных молекул и т.д.) Строение двойного электрического слоя объясняется адсорбционной теорией Штерна, которую иллюстрирует рисунок 3.

Рис.3

1 2 3

Рис. 3.Строение двойного электрического слоя

1-потенциалопределяющие ионы

2- адсорбционный слой противоионов

3- диффузный слой противоионов.

Двойной электрический слой состоит из двух частей плотного слоя - адсорбционного и размытого слоя диффузного. Диффузный слой подвижен, а адсорбционный - нет. Разность потенциалов между адсорбционным и диффузным слоями называется электрокинетическим или дзета потенциалом (потенциал). Теория строения двойного электрического слоя лежит в основе строения мицелл - твердых частиц дисперсной фазы коллоидной дисперсности.

Основную часть мицеллы составляет агрегат, состоящей из большого числа атомов, ионов или молекул не растворимого в воде вещества и имеющий кристаллическое строение.

На поверхности твердого агрегата адсорбируются ионы стабилизатора, которые определяют знак и величину термодинамического потенциала (потенциалопределяющие ионы). Эта часть мицеллы называется ядром. Вокруг ядра располагается часть противоионов стабилизатора - адсорбционный слой. Ядро вместе с адсорбционным слоем противоионов составляет коллоидную частицу. Она всегда имеет заряд, соответствующий знаку заряда потенциалопределяющих ионов. Остальные противоионы образует диффузный слой мицеллы. В целом, мицеллы электронейтральные.

Для примера рассмотрим строение мицеллы гидрозоля иодида серебра AgI, полученного в результате реакции: AgNОз(р)+КI(р)=АgI(т) + КNOз(р),

С табилизатор АgNОз Аg ⁺+ NОз ^-

₊

{ [ (m AgI) n Ag⁺] xNO₃^-} (n-x)NO₃^-

агрегат

ядро

коллоидная частица

мицелла

При электрофорезе под действием электрического поля коллоидные частицы перемещаются к катоду (заряжен отрицательно), а ионы диффузного слоя - к аноду (заряжен положительно)