СТІЙКІСТЬ І КОАГУЛЯЦІЯ КОЛОЇДНИХ СИСТЕМ

Маючи величезну поверхню поділу фаз, велику вільну поверхневу енергію, колоїдні системи принципово термодинамічно нестійкі і тому в таких системах підвищується ймовірність зворотнього процесу зчеплення часточок в агрегати коагуляції.

Коагуляція – процес укрупнення колоїдної системи за рахунок зчеплення,  виникає внаслідок агрегативної стійкості систем.

Коагуляція відбувається під впливом різних факторів: введення електролітів, неелектролітів, заморожування, кипіння, довготривалого перемішування, дії сонячного світла, введення сторонньої твердої фази.

Мінімальна концентрація електроліту, що зумовлює повну коагуляцію золю, називається порогом коагуляції (П_К) і виражається в ммоль/л.

За правилом Шульце-Гарді коагулюючу дію має йон протилежного знаку по відношенню до заряду поверхні колоїдних часточок.

Пороги коагуляції електролітів з однозарядними коагулюючими йонами в 50-80 разів більші порівняно з двозарядними, і в 500-800 разів більші порівняно з тризарядними.

Пороги коагуляції солей лужних металів по відношенню до негативно заряджених золів, як правило, збільшуються в ліотропному ряді:

Li⁺ > Na⁺ > K⁺ > Rb⁺ > Cs⁺.

Однозарядні аніони за їх впливом на позитивно заряджені золі також розміщуються в ліотропному ряду:

 

F^- > Cl ^- > Br^- > I^-

за порядком зменшення порогів коагуляції.

Критеріями стійкості для двох граничних випадків коагуляції є нейтралізаційна і концентраційна коагуляція. Концентраційна коагуляція характерна для сильно заряджених золів і суспензій. Дерягін і Ландау встановили критерій стійкості сильно заряджених золів при концентраційній коагуляції:

,

де П_К – поріг концентраційної коагуляції електроліту; С – константа, яка залежить від заряду катіона і аніона; - діелектрична проникність; А – константа сил притягання; е – заряд електрона; z – заряд йона-коагулятора.

Поріг нейтралізаційної коагуляції (П_Н) обернено пропорційний квадрату величини заряду йона-коагулятора (правило Ейлера-Кофа)

,

де k – константа швидкості коагуляції.

Теоретичним обґрунтуванням правила Шульце-Гарді для концентраційної коагуляції є закон шостого степеня – z⁶- Дерягіна:

,

де z - заряд йона, що зумовлює коагуляцію, тобто протийона.

В реальних системах концентраційний і нейтралізаційний механізми коагуляції діють спільно.

Коагуляція колоїдних систем відбувається з різною швидкістю. Швидкістю коагуляції v називається зменшення чисельної концентрації  часточок системи за одиницю часу :

v .

  Згідно з теорією швидкості коагуляції М.Смолуховського процес коагуляції описується кінетичним рівнянням хімічної реакції другого порядку

,

де  – початкова кількість часточок; К- константа швидкості коагуляції, яка дорівнює:

,

де D – коефіцієнт дифузії; R – радіус сфери притягання часточок (критична відстань, на яку повинні наближатися часточки, щоб відбулося злипання). 

Поріг швидкої коагуляції визначають за пороговим об’ємом електроліта (V_K ), при якому оптична густина золю досягає максимального значення і при подальшому додаванні електроліта не змінюється. Значення C_K  обчислюються за формулою:

,

де – концентрація введеного електроліта, ммоль екв/л, V – об’єм золю, мл.

 

Мета роботи. Дослідження процесу коагуляції золю ферум (ІІІ) гідроксиду; експериментальним шляхом визначення порогу коагуляції.

 

Обладнання та реактиви. Колба на 250 мл, 6 пробірок, КФК, розчин ферум(ІІІ)хлориду (2 %), розчин натрій ацетату, натрій сульфату.

 

⇐ Предыдущая123456789Следующая ⇒

Поделиться: