2. Коагуляция

Лиофобные коллоиды являются термодинамически неустойчи­выми системами, существующими благодаря стабилизации за счет возникновения защитных ионных или молекулярных слоев. Следовательно, изменение состояния этих слоев может привести к потере устойчивости и затем к выпадению дисперсной фазы.

Процесс слипания коллоидных частиц с образованием более крупных агре­гатов (потеря агрегативной устойчивости) с последующей потерей кинетической устойчивости называется коагуляцией.

Коагуляция коллоидных растворов может быть вызвана различными факторами: 1) прибавлением электролитов; 2) на­греванием или замораживанием; 3) механическим воздействием; 4) высокочастотными колебаниями; 5) ультрацентрифугирова­нием.

Наиболее важным и изученным фактором коагуляции являет­ся действие электролитов.

2.5. Старение золей и пептизация

Лиофобные коллоиды, характеризующиеся слабым взаимо­действием дисперсной фазы и дисперсионной среды, характеризуются неустойчивостью и склонностью к уменьшению дисперсно­сти со временем. Избыток свободной поверхностной энергии, полученной частицами при их образовании, является, согласно второму началу термодинамики, основной причиной перехода в более устойчивое состояние, которое определяется укрупнением частиц.

Самопроизвольный процесс укрупнения частиц (уменьшения степени дис­персности) в лиофобных золях называется старением или автокоагуляцией.

Скорость автокоагуляции гораздо медленнее, чем коагуляция под воздействием электролитов. Известны, например, золи золота, сохраняющиеся без видимых изменений десятилетия. Причиной старения является медленно совершающийся процесс перекри­сталлизации вещества ядра и изменение дзета-потенциала при некоторых столкновениях частиц.

Пептизацией (дезагрегацией) называется расщепление коагулята (коагеля) на первичные частицы с образованием золя. Она противоположна коагуляции поэтому этот процесс называют также декоагуляцией. Термин пептизация был введен на основании внешнего сходства этого процесса с переводом белка в раствор в результате расщепления его на пептоны под действием фермента пепсина. Термин этот не вполне удачен и поэтому в современной литературе все чаще применяют термин дезагрегация.

Пептизация возможна лишь тогда, когда структура частиц в коагуляте не изменена по сравнению с первоначальной и они не сращиваются друг с другом. Поэтому лучше всего пептизируются свежеосажденные рыхлые осадки, содержащие воду, на­пример Fe(OH)₃, А1(ОН)з. Чтобы пептизировать коагулят, его необходимо отмыть, от коагулирующего электролита и ввести в среду стабилизаторов качестве стабилизаторов наиболее употре­бительны электролиты, содержащие ионы, которые выступают в качестве потенциалопределяющих ионов на поверхности частиц. Их называют пептизирующими электролитами или пептизаторами. Так, например, для коагулята гидроксида железа (III) пептизаторами являются FeCI, НС1.

Аналогично коагуляции при пептизации не наблюдается стехиометрических соотношений между содержанием пептизатора и пептизированного осадка. Для пептизации осадка не требуется, чтобы вся поверхность частиц была покрыта слоем адсорбиро­ванного пептизатора часто достаточно, чтобы пептизатором было покрыто 10...25% площади пептизируемого осадка.

Скорость пептизации: (при данном содержании пептизатора) обычно возрастает с увеличением температуры и при переме­шивании. Процесс пептизации вначале идет с большой скоро­стью, а потом постепенно замедляется.

Была установлена эмпирическая закономерность (называе­мая иногда правилом осадка) заключающаяся в том, что при постоянном содержании пептизатора увеличение массы осадка, взятого для растворения, приводит к увеличению, а за­тем к уменьшению массы осадка, перешедшей в раствор Эта закономерность, иллюстрируемая графиком (рис. 133), может быть объяснена следующим образом. Так как для пептизации одной частицы осадка требуется неко­торое минимальное содержание пепти­затора, при введении первых порций осадка пептизатор оказывается в из­бытке и осадок легко переходит в золь. По мере добавления осадка относи­тельное содержание пептизатора ста­новится все меньше и меньше, что при­водит к снижению содержания декоагулята. Затем, когда пептизируемого вещества в системе становится много, пептизатора не хватает; осадок уже не растворяется и даже часть уже растворенного осадка может снова коагулировать.

Рис 133 график, иллюстрирующий правило осадка.

Масса осадка ,взятого для растворителя

Пептизация играет значительную роль в почвенных процессах. Так, в черно­земных почвах коллоидные частицы содержат в диффузном слое преимущественно ионы Са²⁺ и Mg²⁺, что обусловливает небольшое значение дзета-потенциала, и почвенные коллоиды находятся в скоагулированном состоянии. Обработка почвы раствором NaCl приводит к замещению ионов Са²⁺ и Mg²⁺ в диффузном слое на Na⁺. В результате происходит пептизация с образованием золя, кото­рый легко вымывается из верхних в нижние горизонты. При этом почва теряет ценные агрономические свойства.

В солонцовых почвах, которые содержат зна­чительное число ионов натрия, этот процесс, идущий спонтанно, резко ухудшает структуру почвы.

Процесс пептизации с помощью NaCl и последующей промывкой почв водой используется в качестве метода выделения почвенных коллоидов.