Colloid-diszpergált rendszerek - stadopedia
9.1. Általános rendelkezések
Olyan rendszereket, amelyekben az egyik komponens finom eloszlású állapotban van egy másik környezetében, diszperzívnek nevezzük.
A komponens, külön kis szilárd részecskék formájában, folyékony vagy gázbuborékok cseppenkénti eloszlásával diszpergált fázist képez,
és a diszpergált fázis részecskéit körülvevő másik részt diszperziós közegnek nevezzük.
A füst és a köd a levegőben, agyag és homok a vízben, a közönséges molekuláknál nagyobb részecskéket tartalmazó kolloid rendszerek, végül pedig az igazi megoldások, molekuláris vagy ionosak, mind különböző diszperziós rendszerek.
A diszperz fázis részecskeméretétől függően a rendszereket felosztják
a) durván szétszórt (felfüggesztett) részecskék átmérője nagyobb, mint 10 -5 cm;
b) kolloid diszpergált (szol) - 10 -5 - 10 -7 cm;
c) igazi megoldások - a szemcseméret kisebb, mint 10 -7 cm.
A szuszpenziók szuszpenzióként vagy emulzióként létezhetnek. Az első esetben egy szilárd anyagot folyadékban (vízben krétával) szuszpendálnak, a másodikban - egy folyékony anyagot folyadékban (zsírban a vízben).
A durva diszpergált rendszerek részecskéi vizuálisan láthatók, és ha folyadékba vagy gázba kerülnek, fokozatosan leülepednek vagy lebegnek.
A kolloid rendszerekben a diszpergált fázis oldhatatlan a diszperziós közegben, és az interfész által elválasztja azt; Így a kolloid rendszerek heterogén rendszerek, ellentétben a valódi megoldásokkal, amelyek homogének, homogének. Ha a diszperziós közeg folyadék, és a diszpergált fázis szilárd, a kolloid rendszert szolnak nevezik; Ha a diszperz fázis folyadék, a rendszert emulziónak nevezik.
A diszpergált fázis és a diszperziós közeg között a kolloid rendszerekben kialakult magasan kialakuló felület nagy felületi felesleget eredményez. Ezért, mivel a diszperzió (vagy specifikus felület) nő, a kolloid rendszerek kevésbé stabilak. Mindig hajlamosak arra, hogy spontán csökkentsék a határfelületet, azaz a diszperzió csökkenéséhez: a részecskék összeolvadnak, nagyobb aggregátumokat képeznek.
A kolloid rendszerek tulajdonsága, hogy a részecskék méretét aggregációjukkal növelik, aggregatív instabilitásnak nevezzük.
Stabil kolloid rendszer kialakításához szükség van egy stabilizátorra a rendszerben. A legtöbb esetben a stabilizátor egy oldatban lévő elektrolit. Az elektrolit ionok egyike a kolloid részecskék felületén adszorbeálódik, ugyanabból a töltésről, amely megakadályozza azok összegyűjtését (tömörülését). Az ellenkező jel jelei a diszperziós közegben vannak.
9.2. Kolloid rendszerek kialakítása
Annak a ténynek köszönhetően, hogy a kolloid rendszerek közbenső pozíciót foglalnak el a durvára diszpergált és molekuláris diszpergált rendszerek között, alapvetően különböző módon nyerhetők.
a) diszperziós módszerek: nagyobb méretű részecskék összetörése a szemcsék mechanikai csiszolásával, elektromos diszperzióval és ultrahangos módszerrel;
b) kondenzációs módszerek: részecskeaggregáció az atomok és molekulák kombinációjával (kondenzáció) kolloidálisan diszpergált diszperzió mértékével; Ez a módszercsoport magában foglalja a szol előállítását gőzök kondenzációjával, oldószer cseréjével és különböző kémiai reakciókkal (kémiai kondenzációval).
Alapvető feltételek. amelyek a kolloid rendszerek megszerzéséhez és hosszú távú tárolásához szükségesek, az előállításuk módjától függetlenül a következők:
1) a diszpergált fázis részecskék oldhatatlansága a diszperziós közegben;
2) a diszperzió kolloid foka (10-5-10-7 cm) elérése a diszpergált fázis részecskéi révén;
3) a harmadik komponens rendszerben való jelenléte - a stabilizátor, amely tájékoztatja az aggregatív stabilitást.
9.3. Szilárd micellák szerkezete
Jelenleg a kolloid részecskék szerkezetének általánosan elfogadott elmélete a micelláris elmélet, amely szerint a micella a sejtmagból és a kettős elektromos rétegből álló molekulák és ionok aggregátuma. A kettős elektromos réteg a kapcsolódó ionok és ellenionok adszorpciós rétegéből és az ellenionok diffúz rétegéből áll. A micella elektromosan semleges, mert ben a pozitív ionok száma megegyezik a negatív ionok számával. Elektromos mezőben a kolloid részecskék állandó sebességgel mozognak az egyik elektródra. mert ugyanaz a díj (pozitív vagy negatív). Ugyanazon töltés jelenléte az adott szol összes részecskéhez fontos tényező a stabilitás szempontjából. A töltés megakadályozza a kolloid anyag coalescenciáját, koptatását és kicsapódását.
Leggyakrabban a töltés megjelenésének oka az a folyamat, amely a részecskék felszínén adszorpciója egy adott jelnek. A Peskov-Fayans szabály szerint minden szilárd felületen azok az ionok, amelyeknek közös a kapcsolódó atomcsoportja van ezen a felületen, adszorbeálódnak, és meghaladják az oldatot.
1. példa Egy példa a szol előállítására kettős csere módszerrel a 2H3 AsO3 + 3H2S reakció à As2 S3 + 6H2O. Ha az egyik anyag feleslegben van (ez stabilizátorként szolgál), a másik pedig hiányos (ez megakadályozza a kolloid részecskék nagy méretű embrióinak növekedését). A felesleggel, például H2S-vel a reakció folytatódik
Ilyen körülmények között As2 S3 molekulák. kondenzálva, a mágia magja [As2S3].
Ismeretes, hogy a feleslegben lévő anyag stabilizáló. Ebben az esetben H2 S. lesz, amely az egyenlet szerint disszociál:
A Peskov-Fayans szabály szerint a nHS-ionok (a kapcsolódóak és a felesleges oldatban) adszorbeálódnak a m [As2 S3] magra. Ezek az ionok szorosan illeszkednek a maghoz és potenciálisan meghatározó ionoknak nevezik őket. Ezek meghatározzák a kolloid részecskék mozgásának irányát az elektrolízis során.
Továbbá a negatív töltésű HS-ionok a felesleges H + ionok egy részét vonják be az oldatból. az ellen ionok (n-x) H + adszorpciós réteget képezve.
Az [As2S3] módhoz, az nHS és az ellenionok adszorpciós rétegéhez
(n-x) H + negatív töltést hordozó granulát képez, mert a nHS ionok száma nagyobb, mint (n-x) H + x-vel.
Az xH + ellen-ionok másik része a kettős elektromos réteg diffúz részét képezi, amely körülveszi a micellát.
Az arzén-szulfid-szol:
| | <ядро>| | <адсорбционный>| | <диффузный |
Egy villamos mezőben egy negatív töltésű granula az anódra mozog, és ellentétes a katóddal.
9.4. A koaguláció jelensége
A koaguláció a szemcsék összetapadásának folyamata nagyobb aggregátumok kialakulásával. Külsőleg a véralvadás a szol nedvességében, a szol színváltozásában, a szilárd fázis csapadékban való kicsapatásában vagy a zselatinos anyag képződésében nyilvánul meg.
A koaguláció az elektrokinetikum csökkenésének következménye
(vagy lehetséges, vagy a szolvát héj elvesztése miatt.
A kolloid oldatok koagulációját melegítés, fagyasztás, erőteljes keverés okozhatja, elektrolit hozzáadásával a szolba.
A leggyakrabban vizsgált koaguláció az elektrolitok hozzáadása a szolra. Az elektrolitokkal való koaguláció betartja a Schulze-Gardi szabályokat, amelyeket a következőképpen lehet megfogalmazni:
1) a koaguláció a szol granulátumával ellentétes töltést okoz;
2) minél nagyobb a koaguláló ion töltése, annál erősebb a koaguláló hatása.
A szolra felvitt elektrolit minimális mennyiségét, amely a szolagot koagulálja, a C (pórus) mol / l koagulációs küszöböt nevezzük.
Példák a problémamegoldásra
2. példa A kolloid részecskék töltésének meghatározása.
Az ezüst-jodid ezüst-szol AgJ-t úgy kaptuk meg, hogy 0,02 L 0,01 N-0,02 L-t adtunk hozzá. oldat KJ 0,028 L 0,005N. AgNO3. Határozza meg a kapott szol töltését és írja le a micellájának képletét.
Amikor az AgNO3 és KJ oldatokat összekeverjük, a reakció folytatódik:
Meghatározzuk a reakcióban résztvevő AgNO3 és KJ mennyiségét:
A számítás azt mutatja, hogy az oldatban van egy KJ feleslege, ezért az ionok J - és a szol részecskék negatív töltést kapnak, az ezüst-jodid-kolloid kolloid részecskék magjával adszorbeálódnak. Az ellenionok a K + ionok. Az ezüst-jodid-szol micella formula a KJ fölösleg állapotában:
3. példa A szol előállításához szükséges minimális elektrolitmennyiség meghatározása.
Mennyi a 0,002 n. BaCl2 oldatot adunk 0,03 l 0,0006 nAl2 (S04) 3-hoz. hogy pozitív töltésű bárium-szulfátsót kapjunk. Írja be a BaSO4 sol micelle képletét.
A BaSO 4 -szol képződése az alábbi egyenlet szerint folytatódik:
Ha az anyagok sztöchiometrikus arányokban vesznek részt, akkor a reakcióra szükség van:
(l) BaCl2 oldatból
Annak érdekében, hogy az oldatban a BaSO4-oldat pozitív részecskéit kapjunk, az alumínium-szulfáthoz képest feleslegben kell lennie a bárium-kloridnak. Ezért a reakcióhoz több mint 0,009 L 0,002 N. BaCl2 oldatát.
A bárium-szulfát-szol micella képlet:
4. példa Az elektrolit koagulációs küszöb kiszámítása annak koncentrációjával.
Mindhárom lombikban, amelyeket 0,01 liter ezüstklorid-szel töltöttünk. A szool koagulálása céljából az első lombikba 0,002 liter 1 N-t adtunk. NaNO3. a második - 0,012 liter. 0,01. Ca (NO3) 2; a harmadik - 0,007 liter. 0,001n. Al (N03) 3. Számítsuk ki az elektrolit koaguláció küszöbértékeit, határozzuk meg a sol részecskék töltésének jelét.
A szoolhoz hozzáadott elektrolit minimális mennyiségét, amely a sol koagulálódását okozhatja, a Spore Coagulation Threshold (mmol / L). A koagulációs küszöbérték a következő képlet segítségével számítható ki:
ahol az SE az elektrolit ekvivalens koncentrációja (mol / l);
Vel. V3 - az elektrolit és a szol, l.
A hozzáadott elektrolitok koagulációs küszöbértékeit kiszámítjuk:
Az alkalmazott elektrolitok NaNO3. A Ca (NO3) 3 és az Al (NO3) 3 anionokat tartalmaz a NO3- és Na + kationokból. Ca 2+. Al 3+ különböző töltésű. Az Al (NO3) 3-ban a koaguláció legalacsonyabb küszöbértéke. következésképpen az ezüst-klorid-részecskék részecskéi negatívan töltöttek.
5. példa A koagulációs küszöb kiszámítása.
Engedje meg, hogy a kezdeti elektrolit moláris koncentrációja megegyezzen C-vel, annak térfogatával, amely koagulációt okozott, V; akkor az ezredmillió elektrolitszám:
A koagulációs küszöbérték egy liter szolra utal, és ha a szol meghatározása során a wm-t használták, akkor a koagulációs küszöb értéke a következő lesz: