Влияние разбавления и введения электролитов на толщину ДЭС и на потенциалы. Изоэлектрическое состояние ДЭС.

Влияние на двойной электрический слой разбавления

И введения электролитов

При повышении концентрации электролита в системе ионы, имеющие тот же знак заряда, что и противоионы двойного электрического слоя, проникают в него и в первую очередь – в диффузный слой противоионов. Тем самым они «сжимают» ДЭС, так как число ионов в диффузном слое, необходимых для нейтрализации заряда потенциалопределяющих ионов, теперь размещается в меньшем объёме. В пределе такое сжатие может привести к исчезновению диффузного слоя, т. е. к вхождению всех противоионов в плотный слой. В таком случае двойной электрический слой приобретёт строение, близкое к предлагаемому теорией Гельмгольца. Электрокинетический потенциалпри этом уменьшается до нуля.

Наоборот, при разбавлении среды растворителем уменьшение концентрации противоионов приводит к их частичной десорбции и переходу из слоя Гельмгольца в слой Гуи. При очень больших разбавлениях это может вызвать исчезновение слоя Гельмгольца и возникновение полностью диффузного двойного слоя. Электрокинетический потенциал при этом увеличивается, но лишь до некоторого предела, после которого он будет уменьшаться. Это связано с тем, что при дальнейшем разбавлении начинается десорбция потенциалопределяющих ионов. Это приводит к снижению как j-, так и z-по­тен­ци­ала.

Изоэлектрическое состояние

В некоторых случаях, отвечающих сжатию ДЭС мицеллы до " гельмгольцевского" слоя, мицелла переходит в изоэлектрическое состояние. Оно соответствует сжатию мицеллы до размеров гранулы, что может быть выражено следующей формулой:

{ [m BaSO₄] n Ba²⁺ 2n Cl^- }⁰ (для первоначально положительного золя)

или { [m BaSO₄] n SO₄^2- 2n H⁺ }⁰ (для первоначально отрицательного золя)

В изоэлектрическом состоянии, когда их z -потенциал равен нудю, золи обладают наименьшей агрегативной устойчивостью.

На приведённых примерах можно убедиться, что ДЭС мицеллы бывает образован ионами того электролита, который при получении золя присутствовал в реакционной смеси в некотором избытке. Этот электролит называется стабилизатором, т. к. из дальнейшего изложения будет видно, что именно ДЭС является главным фактором, обусловливающим агрегативную устойчивость коллоидных растворов. Поэтому можно предложить ещё одно название рассмотренных золей: «коллоидный раствор (золь) сульфата бария, стабилизированный хлоридом бария» и, соответственно, «коллоидный раствор (золь) сульфата бария, стабилизированный серной кислотой». Из этого также должно стать понятным, что пептизатор, вызывающий переход рыхлого осадка в коллоидный раствор, по сути дела является стабилизатором, восстанавливающим двойной электрический слой частиц, разрушенный при образовании осадка.

Во многих случаях ДЭС на поверхности мицелл может возникать из ионов, образующихся при поверхностных реакциях вещества твёрдой фазы с веществами, присутствующими в дисперсионной среде, как, например, при получении золей методами физической конденсации или диссолюционной пептизации.

Устойчивость дисперсных систем. Факторы определяющие устойчивость. Коагуляция.

Устойчивостьдисперсной системы характеризуется неизменностью во времени её основных параметров - степени дисперсности и равномерного распределения частиц дисперсной фазы в среде.

По предложению Н. П. Пескова (1920) устойчивость дисперсных систем подразделяют на два вида:

1. седиментационная устойчивость (устойчивость к осаждению дисперсной фазы);

2. агрегативная устойчивость (устойчивость к объединению частиц).

Первый вид устойчивости, который характеризует способность дисперсной системы сохранять равномерное распределение частиц дисперсной фазы по объёму дисперсионной среды, связан с размерами частиц. Частицы с поперечником более (10^-5 см) не могут поддерживаться во взвешенном состоянии броуновским движением и будут седиментировать, т. е. оседать, если их плотность больше плотности дисперсионной среды, или всплывать, если их плотность меньше. Седиментация будет подробнее рассмотрена в главе 7.

В данном разделе мы главное внимание уделим явлениям, связанным с агрегативной устойчивостью.

Агрегативная устойчивость определяется способностью систем противодействовать процессам, ведущим к уменьшению свободной поверхности энергии.

Такими процессами являются изотермическая перегонка вещества от малых частиц к более крупным, коалесценция и агрегация частиц при их столкновениях. На практике наиболее часто приходится встречаться с процессами коалесценции (слиянием капель в эмульсиях, туманах или пузырьков в пенах) и агрегации (объединении твёрдых частиц коллоидных растворов в более или менее прочные агрегаты, которые в принципе могут быть разделены на первоначальные частицы пептизации). Агрегация может происходить в виде коагуляции или в виде флокуляции. Иногда понятия флокуляции и коагуляции из-за схожести механизма и внешних проявлений отождествляются, но всё-таки различия между ними имеются. Флокуляция происходит, как правило, с участием посторонних веществ – флокулянтов, в качестве которых могут выступать различные полимерные природные и синтетические вещества – крахмал, пектины, полиакриламид и др., а также кремниевая кислота. Она заключается в образовании рыхлых хлопьевидных агрегатов и может происходить не только в коллоидных растворах, но и в суспензиях и эмульсиях. Коагуляция (от coagulation – створаживание) – это слипание частиц дисперсной фазы, происходящее при их столкновениях в результате броуновского движения, перемешивания и т. п. Коагуляция может происходить и под влиянием только физических факторов, без введения в систему посторонних веществ.

Следует отметить, что все три упомянутые процесса укрупнения частиц приводят рано или поздно к потере системой седиментационной устойчивости, то есть к выпадению возникающих крупных частиц или хлопьев (флокул) в осадок. С другой стороны, седиментация частиц в грубодисперсных системах приводит к тому, что в образующемся осадке они тесно соприкасаются друг с другом и при определённых условиях могут потерять агрегативную устойчивость, т. е. соединятся в агрегаты.

Различные дисперсные системы могут обладать или очень высокой агрегативной устойчивостью, при которой они могут храниться в неизменном состоянии очень долгое время (даже годами), или, наоборот, очень низкой, когда их разрушение происходит вскоре после образования (например, через несколько секунд).

86. Виды коагуляции и их связь с величиной ζ -потенциала.

Первой стадией коагуляции золя при нарушении его устойчивости является скрытая коагуляция, которая заключается в объединении лишь незначительного числа частиц. Скрытая коагуляция обычно не фиксируется невооружённым глазом и может быть отмечена лишь при специальном исследовании, например, с помощью ультрамикроскопа. Вслед за скрытой коагуляцией наступает явная, когда объединяется уже настолько значительное количество частиц, что это приводит к хорошо заметным изменению цвета, помутнению золя и выпадению из него рыхлого осадка ( коагулята ). Возникающие в результате потери агрегативной устойчивости коагуляты представляют собой оседающие (или всплывающие) образования различной структуры - плотные, творожистые, хлопьевидные, волокнистые, кристаллоподобные. Структура и прочность коагулятов в значительной степени определяется степенью сольватации (гидратации) и присутствием на частицах адсорбированных веществ различной природы, в том числе ПАВ.

П. А. Ребиндером было подробно изучено поведение золей при коагуляции с не полностью снятыми защитными факторами и показано, что в таких случаях наблюдается коагуляционное структурообразование, приводящие к появлению гелеобразных

Порог коагуляции и его экспериментальное определение. Коагулирующая способность электролитов. Правило Шульце-Гарди.Лиотропные ряды коагуляции.

⇐ Предыдущая22232425262728293031Следующая ⇒

Поделиться: