Строение мицеллы лиофобных золей. Формула мицеллы.

Частицы дисперсной фазы, существующие в дисперсных системах, имеют гораздо более сложное строение, нежели просто небольшие кусочки или капельки вещества.

На поверхности мельчайших дисперсий адсорбируются присутствующие в дисперсионной среде вещества, в том числе ионизированные стабилизаторы. При этом, как уже говорилось выше, на поверхности дисперсий возникает двойной электрический слой. Рассмотрим в качестве наиболее простого случая частичку дисперсии, имеющую кристаллическое строение (аморфные дисперсии будут отличаться, главным образом, большей нерегулярностью в строении адсорбционного слоя).

Так, например, при химической конденсации в результате взаимодействия растворов серной кислоты и хлорида бария возникают мельчайшие, коллоидных размеров, кристаллики сульфата бария. Один из исходных электролитов - серная кислота или хлорид бария - всегда будет присутствовать в некотором избытке (это может получиться случайно или может быть сделано произвольно, по выбору экспериментатора). Предположим, что в избытке взят хлорид бария. Тогда в дисперсионной среде, окружающей кристаллики BaSO₄ будут иметься ионы Ва²⁺, Cl^- и Н⁺. В соответствии с правилом Панета - Фаяиса на поверхности кристалликов ВаSО₄, будут адсорбироваться ионы Ва²⁺, как способные достроить их кристаллическую решетку. Придавая поверхности кристаллика электрический заряд, и будучи достаточно прочно связанными с поверхностью, ионы Ва²⁺ в данном случае будут выступать в качестве потенциалопределяющих ионов (ПОИ). Для нейтрализации положительного заряда поверхности к ней подойдёт эквивалентное число отрицательно заряженных противоионов, в данном случае ионов Cl^-. В соответствии с теорией Штерна часть их, довольно близко подошедшая к поверхности и связанная с ней, кроме электростатических, ещё и адсорбционными силами, образует адсорбционный слой.

 

 

Рис. 5.4. Схема строения мицеллы золя сульфата бария,

стабилизированного хлоридом бария

Другая часть противоионов, находящихся на большем расстоянии и связанная с поверхностью только электростатическими силами, образует диффузный слой. Противоионы диффузного слоя при броуновском движении коллоидной частицы или в результате собственного теплового движения могут отрываться от неё. Но для соблюдения электронейтральности на место ушедших ионов становятся другие ионы той же природы или, по крайней мере, того же знака. При помещении коллоидного раствора в постоянное электрическое поле противоионы движутся в сторону одного электрода (в рассматриваемом примере – в сторону анода), а твёрдая частица вместе с потенциалопределяющими ионами и противоионами адсорбционного слоя – в сторону другого (в данном примере в сторону катода). Разрыв происходит по границе между адсорбционным и диффузным слоями противоионов, называемой поверхностью скольжения.

Твёрдая основа частицы (« агрегат» ) вместе с двойным электрическим слоем из ионов адсорбированного на её поверхности электролита образует электронейтральную субъединицу дисперсной фазы – мицеллу (не следует путать с мицеллами ПАВ! ). Часть мицеллы, находящаяся внутри поверхности скольжения, и движущаяся в электрическом поле, как единое целое, носит название собственно коллоидной частицы или гранулы. Так как в гранулу не входят противоионы диффузного слоя, часть зарядов находящихся в ней остаётся нескомпенсированной. Поэтому гранула несёт на себе электрический заряд, по знаку совпадающий со знаком потенциалопределяющих ионов и численно равный суммарному заряду противоионов диффузного слоя. Внутри гранулы можно выделить ещё одну относительно самостоятельную часть мицеллы – ядро. Ядро образовано агрегатом и потенциалопределяющими ионами и, следовательно, тоже несёт электрический заряд.

Формула мицеллы

Записывая взаимное расположение составляющих мицеллы, начиная от её центра по направлению к периферии, мы получим формулу мицеллы. В данном примере она носит название «формула мицеллы золя сульфата бария, полученного в избытке хлорида бария» (или «стабилизированного хлоридом бария»):

{ [m BaSO₄] n Ba²⁺ 2(n - x) Cl^- }^2х+ 2x Cl^-

агрегат ПОИ противоионы противоионы

адсорбционного диффузного

ядро слоя слоя

гранула

 

мицелла

 

В формуле мицеллы в квадратные скобки принято заключать химическую формулу агрегата. Коэффициент m показывает, что в агрегат входит какое-то достаточно большое число (сотни или тысячи) молекул вещества. Точно определить это число сложно и для практических целей оно несущественно. Достаточно знать, что m намного больше единицы.

Встречается и другое написание формулы агрегата: m [BaSO₄]. Но нам представляется, что в этом случае коэффициент m скорее указывает на множественность агрегатов, чего не может быть в одной мицелле, а не на сложность строения самого агрегата.

В фигурные скобки заключается гранула. Иными словами, фигурные скобки соответствуют поверхности скольжения.

Перед формулой потенциалопределяющего иона ставится коэффициент n. Его буквенное обозначение также говорит о неопределённо большом числе этих ионов. Следует помнить, что m ¹ n, причём, как правило, m > > n.

Суммарный заряд противоионов по закону электронейтральности должен быть равен заряду потенциалопределяющих ионов. Поэтому в данном примере в формуле мицеллы должно присутствовать 2n ионов Cl^-. Число противоионов диффузного слоя в общем случае принято обозначать коэффициентом х. Тогда для числа противоионов в адсорбционном слое следует написать (n – x). В нашем примере записывается соответственно 2х и 2(n – x) из-за того, что ион бария имеет заряд вдвое больший, чем хлорид-ион, и на каждый ион Ba²⁺ приходится два иона Cl^-. Над закрывающей фигурной скобкой записывается заряд гранулы, который равен, но противоположен по знаку суммарному заряду противоионов диффузного слоя. В рассматриваемом примере заряд гранулы равен 2х+.

Так как потенциалопределяющие ионы, ядро и гранула рассматриваемого коллоидного раствора заряжены положительно, его можно назвать «положительным золем сульфата бария».

Если же при получении коллоидного раствора в избытке будет серная кислота, двойной электрический слой будет иметь другое строение. Из ионов, имеющихся в растворе, на поверхности агрегатов (мельчайших частиц твёрдого сульфата бария) в соответствии с правилом Панета – Фаянса в первую очередь будут адсорбироваться ионы SO₄^2-, которые станут потенциалопределяющими ионами. Ядро мицеллы, таким образом, будет заряжено отрицательно. Для нейтрализации отрицательного заряда ядра из раствора подойдут в эквивалентном количестве противоионы, которыми в данном случае будут являться ионы Н⁺. Формула мицеллы золя сульфата бария, полученного в избытке серной кислоты, будет выглядеть так:

 

 

{ [m BaSO₄] n SO₄^2- 2(n - x) H⁺ }^2х- 2x H⁺

агрегат ПОИ противоионы противоионы

адсорбционного диффузного

ядро слоя слоя

гранула

 

мицелла

 

По заряду потенциалопределяющих ионов, ядра и гранулы этот золь называется отрицательным золем сульфата бария.

⇐ Предыдущая21222324252627282930Следующая ⇒

Поделиться: