Коагуляция под действием электролитов. Порог коагуляции

Склонность гидрозолей к коагуляции под действием небольших добавок электролитов была замечена давно и послужила объектом большого числа экспериментальных и теоретических исследований.

Электролит, вызывающий нарушение агрегативной устойчивости золя, называется электролитом-коагулятором (или коагулянтом).

Коллоидные растворы очень чувствительны к присутствию посторонних электролитов и коагуляция может быть вызвана даже присутствием малых их количеств. Например, коагуляция наступает очень быстро, практически сразу же после образования золя, если он был получен в плохо вымытой посуде, сохранившей следы солей, содержащихся в водопроводной воде. Однако в присутствии каких-то определённых очень малых количеств электролита-ко­а­гулятора коллоидные растворы способны сохранять агрегативную устойчивость. Наименьшая концентрация электролита, вызывающая явную коагуляцию коллоидного раствора, называется порогом коагуляции g. Экспериментально порог коагуляции может быть определён постепенным (например, из бюретки) добавлением к исследуемому золю раствора электролита-коагу­ля­то­ра. Другой способ определения g - приготовление серии растворов электролита с равномерно увеличивающейся концентрацией с последующим добавлением к ним одинаковых объёмов золя. Наступление коагуляции может отмечаться визуально или с помощью приборов. Чаще всего для этих целей используются оптические методы. В любом случае порог коагуляции может быть вычислен по формуле

,

или, более точно (с учётом разбавления)

,

где С _эк и V _эк - соответственно концентрация и объём раствора элктролита-коагулятора, V _золь – объём коллоидного раствора.

Порог коагуляции обычно измеряется в моль/л или в ммоль/л. При этом следует помнить, что физический смысл этой размерности – количество электролита (моль или ммоль), способное вызвать коагуляцию 1 литра коллоидного раствора.

Кроме порога коагуляции в коллоидной химии используется и обратная ему величина – коагулирующая способность Р:

.

Размерность Р – л/моль или л/ммоль, что по физическому смыслу соответствует объёму золя, который может быть скоагулирован 1 молем (или миллимолем) электролита.

Порог коагуляции, а значит, и коагулирующая способность являются приблизительными характеристиками, так как зависят от очень многих факторов – от скорости прибавления электролита-коагулятора, от способа приготовления золя, от метода регистрации, от времени между добавлением электролита и моментом фиксирования явной коагуляции, от температуры и др.

Было обнаружено, что

коагулирующим действием обладают те ионы электролита-коагулятора, знак заряда которых противоположен знаку заряда гранул коллоидных мицелл, причём коагулирующее действие резко возрастает с увеличением заряда коагулирующего иона

(объединённое правило Г. Шульце ( 1882) - М. Гарди (1900)). То есть коагуляцию золя с отрицательно заряженными гранулами будут вызывать катионы, а золя с положительно заряженными гранулами – анионы.

При этом отношение порогов коагуляции одно-, двух- и трёхзарядных коагулирующих ионов приблизительно обратно пропорционально шестой степени их валентности:

Было также замечено, что вблизи порога коагуляции абсолютная величина z -потенциала, независимо от знака заряда гранулы, оказывается сниженной примерно до 25 - 30 мВ. Это его значение является критическим; при дальнейшем снижении величины z -потенциала золь практически полностью теряет устойчивость. Это является доказательством того, что главным в электростатическом факторе устойчивости золей является значение электрокинетического потенциала. Тщательные исследования коагулирующего действия различных ионов с одинаковой величиной заряда показали, что они образуют ряды, близкие к лиотропным рядам адсорбции.

Когда факторы устойчивости сняты не полностью, не каждое столкновение мицелл может закончиться их агрегированием. При этом в большинстве случаев для полной коагуляции золя требуется значительное время. Такая коагуляция называется медленной. Если же защитный фактор практически отсутствует, то мы имеем дело с быстрой коагуляцией, когда каждое столкновение частиц приводит к их объединению.

Следует отметить, что термины “быстрая” и “медленная коагуляция” относятся к механизму процесса, а не к реальному времени его протекания. Так, при значительных концентрациях мицелл “медленная” коагуляция может закончиться за короткое время из-за большой частоты столкновений, а в системах с малой концентрацией мицелл из-за малой частоты столкновений “быстрая” коагуляция может идти достаточно долго. Но в большинстве случаев реальная скорость коагуляции всё же прямо определяется механизмом.

Экспериментальное изучение кинетики коагуляции показывает, что быстрая коагуляция наблюдается при z -потенциале, равном нулю или при очень малых его значениях, намного более низких, чем критическое, а медленная - при значениях, близких к критическому.

Лиотропные ряды (от греч. lуо — растворяю и trope — изменение) — ряды ионов, расположенные по степени влияния на свойства растворителя (главным образом воды). Таковы Л. р. ионов, расположенных по их закономерно возрастающему или убывающему влиянию на: 1) вязкость и поверхностное натяжение, 2) растворимость, 3) набухание высокомолекулярных веществ (белков, пектина, агара, крахмала и др.) и застудневание их водных растворов, 4) их высаливание и коацервацию, 5) устойчивость коллоидов к коагуляции.

⇐ Предыдущая23242526272829303132Следующая ⇒

Поделиться: