Колоїдні розчини
Колоїдні розчини(золі) за розміром своїх частинок (т.зв. міцел) займають проміжне положення між істинними розчинами, в яких розчинена речовина знаходиться у вигляді іонів або молекул (розміри цих частинок зазвичай не більше 1нм), і суспензіями (тверда в рідкому) або емульсіями (рідка в рідкому), в яких розміри частинок розчиненої речовини більше 100нм.
Золі, як і справжні розчини, проходять через паперовий фільтр і кінетично стійкі (тобто не руйнуються під дією сили тяжіння), проте колоїдні розчини розсіюють світло (ефект Тіндаля).
Відповідно до сучасних уявлень золі є мікрогетерогенними системами, тобто. двофазними, але з настільки малим розміром частинок розчиненої фази, що вони не видно людським оком. Завдяки високому ступеню дисперсності цієї фази, і, як наслідок, надзвичайно велику величину її питомої поверхні, для золів характерна значна здатність до адсорбції (концентрування іонів або молекул розчину на поверхні міцел).
Будова міцели, наприклад золя гідроксиду заліза(III), схематично можна представити наступним:
Основу міцели становить мікроскопічний шматочок речовини (що утворює колоїдний розчин), який називається ядром і в даному прикладі умовно позначений
Наприклад, якщо золь гідроксиду заліза(III) виходить гідролізом хлориду заліза(III) при нагріванні його сильнорозбавленого розчину по реакції:
,
то в розчині є у достатній кількості
Заряджена частка притягує з розчину в свій поверхневий шар іони протилежного знака (протиіони), у нашому прикладі - аніони хлору.
У поверхневому шарі розрізняютьадсорбційнийшар (шар Гельмгольця) ідифузійний(шар Гуї). Адсорбційний міцно пов'язаний з ядром і переміщається разом з ним, складаючи колоїдну частинку. Її заряд (
Дифузійний шар (він формується в результаті дифузії протиіонів у фазу розчинника) має меншу концентрацію іонів, ніж адсорбційний, і більш рухливий щодо ядра міцели (тобто від адсорбційного шару його відокремлює т.зв. лінія ковзання). Колоїдна частка і дифузійний шар утворюють разом електронейтральну систему - міцеллу. Зазначимо умовність наведеної схеми, оскільки в ній не відображено, зокрема, той факт, що адсорбційні та дифузійні шари містять іони та молекули розчинника. Стійкість колоїдних розчинів пояснюється тим, що їх частки маютьоднаковіпо знаку заряди. Це зумовлює їхнє взаємне відштовхування. Зближення колоїдних частинок перешкоджають також сольватні оболонки їх іонів в поверхневому шарі.
Під дією електронапруги, завдяки
Коагуляція колоїдних розчинів. Коагуляція- це укрупнення колоїдних частинок через їх агрегацію (з'єднання один з одним) з наступним осіданням (т.зв. седиментація ). Коагуляцію золю можна викликати, наприклад, нагріванням, центрифугуванням, але частіше використовують додавання електролітів.
При їх додаванні протиіони дифузійного шару частково переходять в адсорбційний, знижуючи заряд колоїдної частинки. Крім того, електроліт, що додається, завдяки власній сольватації, частково руйнує сольватну оболонку міцелл. Внаслідок чого взаємне відштовхування колоїдних частинок знижується настільки, що відбувається коагуляція.
Мінімальна концентрація електроліту, при якій настає цей процес, називається порогом коагуляції. Причому, що вищий заряд іона-коагулянта (тобто має заряд, протилежний за знаком заряду колоїдної частинки), то нижче за інших рівних умов поріг коагуляції. (Однак слід відзначити сильну коагулюючу діюоднозаряднихіонівводню.)
Поріг коагуляції залежить також від швидкості додавання електроліту, від інтенсивності перемішування розчину і, крім того, може різко змінюватися приспільномудії електролітів. Коагуляція спостерігається і при змішуванні золей, що мають протилежні знаки колоїдних частинок. Така взаємна коагуляція часто використовується визначення знака
Іноді потрібнозахистколоїдних розчинів від коагуляції, для цього використовують т.зв. захисні колоїди, тобто. поверхнево-активні речовини (ПАР). До них відносяться, наприклад, крохмаль та желатин. Дія ПАР полягає в тому, що адсорбуючись на поверхні міцел, вони знижують вільну енергію даної системи, тим самим стабілізуючи поверхню розділу фаз.
Спосіб отримання колоїдних розчинів.Колоїдні розчини можна отримувати двома протилежними шляхами: або диспергуванням (роздробленням великих частинок речовини на частинки розміром менше 100нм); абоконденсацією(агрегацією молекул або іонів у більші частинки).
Диспергування проводять або механічно (на спеціальних колоїдних млинах), або електричним розпиленням (при виникненні електродуги між електродами матеріалу, що диспергується), або переводом в розчин коагульованої дисперсної фази. Останній процес називаєтьсяпептизацією(він протилежний коагуляції). Пептизацію можна здійснювати за допомогою ПАР або діалізом (тобто відмиванням осаду від електроліту, що спричинив коагуляцію).
Конденсаційні методи розрізняють фізичні та хімічні. В основі останніх лежать реакції, що призводять до отримання малорозчинних речовин. Для отримання колоїдного розчину ці реакції проводять або у присутності речовини, що стабілізує колоїдний стан, або при сильному розведенні реагентів. Наприклад, взаємодією розведених розчинів і NaCl синтезують золь хлориду срібла. Можна отримати колоїдну сірку, проводячи у воді реакцію:
.
Золі гідроксидів багатозарядних іонів одержують гідролізом (див. вище).
Фізичні методи засновані, наприклад, на конденсації речовини із газоподібного стану. Також можна використовувати метод заміни розчинника. При цьому істинний розчин речовини в одній рідині повільно додають до іншої, в якому добре розчиняється перший розчинник, але речовина малорозчинна. Тому воно виділяється у вигляді золю (досвід2 в лабораторній роботі).