9.1. Dispoziții generale
Sistemele în care o componentă este distribuită într-o stare fin divizată în mediul alteia se numește dispersie.
Componenta, distribuită sub formă de particule solide mici separate, picături de bule lichide sau gazoase, formează o fază dispersată,
iar cealaltă parte care înconjoară particulele fazei dispersate este numită mediul de dispersie.
Smokes și ceața din aer, pasta de nisip și argilă în apă, sistemul coloidal ce conține particule mai mari decât moleculele normale și, în final, soluții adevărate - moleculare sau ionice - toate dispersii diferite.
În funcție de dimensiunea particulelor fazei dispersate, sistemele sunt împărțite în
a) diametru aspru dispersat (suspendat) - diametru mai mare de 10 -5 cm;
b) solvenți dispersați coloid - 10 -5 - 10-7 cm;
c) soluții reale - dimensiunea particulelor este mai mică de 10 -7 cm.
Suspensiile pot exista sub formă de suspensii sau emulsii. În primul caz, un solid este suspendat într-un lichid (cretă în apă), în al doilea - o substanță lichidă într-un lichid (grăsime în apă).
Particulele sistemelor cu dispersie grosieră sunt vizibile vizual și, dacă sunt distribuite într-un lichid sau gaz, se pot deplasa treptat sau plutesc.
În sistemele coloidale, faza dispersată este insolubilă în mediul de dispersie și este separată de aceasta prin interfață; Astfel, sistemele coloidale sunt sisteme eterogene în contrast cu soluțiile adevărate care sunt omogene, omogene. Dacă mediul de dispersie este un lichid și faza dispersată este solidă, un sistem coloidal se numește sol; Dacă faza de dispersie este un lichid, sistemul se numește o emulsie.
O interfață foarte dezvoltată între faza dispersată și mediul de dispersie în sistemele coloidale creează un exces mare de energie de suprafață. Prin urmare, pe măsură ce dispersia (sau suprafața specifică) crește, sistemele coloidale devin mai puțin stabile. Ei întotdeauna tind să reducă spontan suprafața interfacială, adică la o scădere a dispersiei: particulele se coalizează, formând agregate mai mari.
Proprietatea sistemelor coloidale de a mări dimensiunea particulelor prin agregarea lor se numește instabilitate agregată.
Pentru a obține un sistem coloidal stabil, este necesar să existe un stabilizator în sistem. În cele mai multe cazuri, stabilizatorul este un electrolit care este în soluție. Unul dintre ionii de electroliți este adsorbit pe suprafața particulelor coloidale, informându-i aceiași încărcătură, care împiedică agregarea lor (aglomerare). Ioni ai semnului opus sunt în mediul de dispersie.
9.2. Obținerea sistemelor coloidale
Datorită faptului că sistemele coloidale ocupă o poziție intermediară între sistemele dispersate cu dispersie moleculară și dispersate molecular, ele pot fi obținute în mod fundamental diferite.
a) metode de dispersie: zdrobirea particulelor mai mari în mărime până la un grad coloidal de dispersie prin măcinare mecanică a particulelor, dispersie electrică și metoda ultrasonică;
b) metode de condensare: agregarea particulelor prin combinarea (condensarea) atomilor și a moleculelor în agregate cu un grad de dispersie coloidian dispersat; Acest grup de metode include producerea solurilor prin condensarea vaporilor, înlocuirea unui solvent și diferite reacții chimice (condensare chimică).
Condiții de bază. necesare pentru obținerea și stocarea pe termen lung a sistemelor coloidale, indiferent de metodele de preparare a acestora, sunt următoarele:
1) insolubilitatea particulelor fazei dispersate în mediul de dispersie;
2) realizarea gradului coloidal de dispersie (10 - 5 - 10 - 7 cm) de către particulele din faza dispersată;
3) prezența în sistem a celui de-al treilea component - stabilizatorul, care informează sistemul de stabilitate agregativă.
9.3. Structura micelurilor solurilor
Teoria acceptată în prezent a structurii particulelor coloidale este teoria micelară că micelelor - o unitate de molecule și ioni, constând dintr-un miez și stratul dublu electric. Un strat dublu electric constă dintr-un strat de adsorbție de ioni și contraioni de legătură și un strat difuz de contraioni. Micelul este neutru din punct de vedere electric, deoarece în ea numărul de ioni pozitivi este egal cu numărul de ioni negativi. Într-un câmp electric, particulele coloidale se deplasează cu viteză constantă la unul dintre electrozi. deoarece au aceeași taxă (fie pozitivă, fie negativă). Prezența aceleiași încărcări pentru toate particulele unui sol dat este un factor important în stabilitatea sa. Încărcarea previne coalescența, coagularea și precipitarea substanței coloidale.
Cel mai adesea, motivul apariției unei încărcări este procesul de adsorbție a ionilor unui semn anume de suprafața particulelor. Conform regulii lui Peskov-Fayans: pe orice suprafață solidă, acești ioni care au o grupare atomică comună înrudită cu această suprafață vor fi adsorbiți și sunt în exces de soluție.
Exemplul 1. Un exemplu de preparare a solului prin metoda schimbului dublu este reacția 2H3 AsO3 + 3H2S à AS2 S3 + 6H2 O. dacă una dintre substanțele luate în exces (ar acționa ca un stabilizator), iar cealaltă - lipsa (care împiedică creșterea particulelor coloidale de nuclee la dimensiuni mari). Cu exces, de exemplu, H2S, reacția continuă
În aceste condiții, moleculele As2S3. condensare, formează miezul micelui m [As2S3].
Se știe că o substanță care este luată în exces este un stabilizator. În acest caz, acesta va fi H2S care se disociază conform ecuației:
Conform regulii lui Peskov-Fayans, ionii nHS (în legătură și în soluție în exces) vor fi adsorbiți pe nucleul m [As2S3]. Acești ioni se potrivesc bine cu miezul și se numesc ioni determinanți potențiali. Ele determină direcția de mișcare a particulei coloidale în timpul electrolizei.
Mai mult, ionii HS încărcați negativ atrag o parte din ionii în exces de H + din soluție. formând un strat de adsorbție de contra ioni (n-x) H +.
Nucleul m [As2S3], stratul de adsorbție al ionilor nHS - și ioni de contraion
(n-x) H + formează o granulă care poartă o încărcătură negativă, deoarece din ionii nHS este mai mare decât (n-x) H + cu un număr x.
Cealaltă parte a contra ionilor xH + formează o parte difuză a stratului electric dublu care înconjoară miezul micelii.
Schema de structură micelară a soluției de sulfură de arsen:
| | <ядро>| | <адсорбционный>| | <диффузный |
Într-un câmp electric, o granule care are o încărcătură negativă se deplasează la anod și contraioni către catod.
9.4. Fenomenul de coagulare
Coagularea este procesul de coalescență a particulelor cu formarea unor agregate mai mari. În exterior, coagularea se manifestă în tulburarea solului, în schimbarea culorii solului, în precipitarea fazei solide în precipitat sau în formarea masei gelatinoase.
Coagularea apare ca urmare a scăderii electrokinetice
(sau potențial sau din cauza pierderii cochiliei solvatului.
Coagularea soluțiilor coloidale poate fi cauzată de încălzire, congelare, agitare viguroasă, adăugarea de electroliți în sol.
Cea mai studiată coagulare este adăugarea de electroliți la sol. Coagularea de către electroliți respectă regulile Schulze-Gardi, care pot fi formulate după cum urmează:
1) coagularea provoacă un ion încărcat opus granulelor solului;
2) cu cât este mai mare sarcina ionului de coagulare, cu atât este mai puternic efectul de coagulare.
Cantitatea minimă de electroliți adăugați la sol care poate provoca coagularea solului se numește prag de coagulare C (pori) mol / l.
Exemple de rezolvare a problemelor
Exemplul 2. Determinarea încărcăturii particulelor coloidale.
Solul de argint de iodură de argint AgJ a fost obținut prin adăugarea a 0,02 L 0,01 N până la 0,02 L. soluție KJ 0,028 L 0,005N. AgNO3. Determinați încărcarea solului obținut și scrieți formula micellei sale.
Când soluțiile AgNO3 și KJ sunt amestecate, reacția se efectuează:
Determinăm cantitățile de AgNO3 și KJ implicate în reacție:
Calculul arată că există un exces de KJ în soluție, prin urmare, ionii J - și particulele sol dobândesc o sarcină negativă, vor fi adsorbiți de miezul particulelor coloidale ale soluției de iodură de argint. Contraionele sunt ionii K +. Formula micelară a solului de iodură de argint în condiția excesului de KJ este:
Exemplul 3. Determinarea volumului minim de electroliți necesar pentru producerea solului.
Care este volumul de 0,002 n. soluție de BaCl2 trebuie adăugată la 0,03 l 0,0006 nAl2 (SO4) 3. pentru a obține particule încărcate pozitiv de sol de sulfat de bariu. Scrieți formula de Micelle Sol solubil în BaSO4.
Formarea solului BaSO4 se realizează conform ecuației:
Dacă substanțele participă în rapoarte stoichiometrice, atunci pentru reacție este necesar:
(l) de soluție de BaCI2
Pentru a obține particule pozitive de sol de BaSO4 în soluție, trebuie să existe un exces de clorură de bariu în comparație cu sulfatul de aluminiu. Prin urmare, pentru reacție, este necesar să se ia mai mult de 0,009 L 0,002 N. soluție de BaCl2.
Formula de sulfat de bariu sol micelar:
Exemplul 4. Calcularea pragului de coagulare a electrolitului cu o valoare pentru concentrația sa.
În fiecare dintre cele trei baloane umplut cu 0,01 litri de sol de clorură de argint. Pentru a coagula acest sol, în primul balon s-au adăugat 0,002 l de IN. NaNO3. în al doilea - 0,012 litri. 0.01. Ca (NO3) 2; în al treilea - 0,007 litri. 0,001n. Al (NO3) 3. Calculați pragurile de coagulare a electroliților, determinați semnul încărcării particulelor de sol.
Cantitatea minimă de electroliți adăugat la sol care poate provoca coagularea solului se numește pragul de coagulare a sporului (mmol / l). Pragul de coagulare poate fi calculat prin formula:
unde SE este concentrația echivalentă de electroliți (mol / l);
Vel. V3 - respectiv volumul de electrolit și sol, l.
Calculam pragurile de coagulare ale electroliților adăugați:
Electroliții adăugați sunt NaN03. Ca (NO3) 3 și Al (NO3) 3 conțin un anion de cationi N03 și Na +. Ca 2+. Al 3+ cu încărcare diferită. Pragul cel mai scăzut de coagulare în Al (NO3) 3. în consecință, particulele solului de clorură de argint sunt încărcate negativ.
Exemplul 5. Calcularea pragului de coagulare.
Concentrația molară a electrolitului inițial să fie egală cu C, volumul său, care a cauzat coagularea, V; apoi numărul de milimoli de electrolit:
Pragul de coagulare se referă la un litru de soluție solică și, dacă s-a folosit un ml de sol pentru determinarea acestuia, valoarea pragului de coagulare va fi:
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: