Лекция № 7

«Строение лиофобных золей»

Краткое содержание лекции

Своим происхождением заряды коллоидных частиц обязаны адсорбционным процессам: заряд появляется у частицы вследствие того, что частица данного коллоида преимущественно адсорбирует из раствора того или иного вида в зависимости природы коллоидного вещества от условий опыта.

Из находящихся в растворе ионов электролита частицы колло­ида предпочтительно адсорбируют ионы одного вида и вследствие этого приобретают определенный по знаку заряд. Так как весь этот комплекс, состоящий из частиц дисперсной фазы вместе с адсор­бированными ими ионами и частью связанных с ними противоионов (т. е. ионов противоположного знака), передвигается в растворе как единое целое, то этот комплекс принято называть частицей (или гранулой), а ту часть его, на которой адсорбируются ионы, — ядром частицы.

Противоионы, находясь в окружающем объеме раствора, при­тягиваются заряженной частицей и в той или другой степени концентрируются около нее. При этом, как указывалось, часть их, находящаяся в непосредственной близости к ядру, притягивается сильнее и удерживается частицей при ее передвижении по раство­ру. Все сочетание из частицы и остающейся части противоионов называется мицеллой.

Рассмотрим строение мицеллы. Пусть имеется золь кремневого ангидрида (иначе называемый также золем кремниевой кислоты). Ядро каждой частицы этого золя состоит из ангидрида кремневой кислоты SiO₂, причем число молекул, содержащихся в каждом ядре, очень велико. Обозначим через m среднее число молекул в ядрах золя. Поверхность ядра, реагируя с окружающей водой, образует молекулы кремниевой кислоты H₂SiО₃. Пусть образуется n таких молекул, причем n во много раз меньше, чем m. Практически все анионы этой кислоты SiO₃^{- -} (х ионов) и все недиссоциированные молекулы H₂SiO₃ (n-х молекул), адсорбированные ядром, обра­зуют совместно с ним частицу, а 2х иона водорода находятся в растворе, окружающем частицу, концентрируясь вокруг нее.

Строение мицеллы рассматриваемого золя мы могли бы представить формулой:

Иногда условно допускают, что все молекулы H₂SiO₃ диссоци­ированы на ионы, что все n ионов SiO₃^{- -} адсорбированы ядром и что часть ионов водорода в количестве 2(n-x) входит в адсорбци­онный слой, а следовательно, и в состав частицы, не связываясь, однако, с определенными ионами, а 2х ионов водорода находятся в растворе. Строение мицеллы, отвечающие этой модели, представлено на рис. 4 на котором ядро ограничено малой

 

 

 

Рис. 4. Строение мицеллы

 

 

окружностью, а частица –второй, большой окружностью. Мы видим, что ионы SiO₃^{- -} и Н⁺ содержащиеся в адсорбционном слое, располагаются в пространстве закономерно, образуя так называемый двойной электрический слой.

 

 

Рис.5. Двойной диффузный слой.

 

Противоионы концентри­руются вокруг частицы, образуя диффузный слой как показано на рис. 5. При перемещении частицы по объ­ему дисперсионной среды или при перемещении последней относительно частицы некоторая часть противоионов вместе с прилегающим небольшим объемом А дисперсионной среды остаются связанные с частицей; остальные же противоионы пере­мещаются вместе с дисперсионной средой.

Сольватация частиц лиофобных золей в основном обусловлена наличием у них заряда подобно тому, как в растворах электроли­тов заряд ионов является одной из основных причин их сольвата­ции. При этом большая величина заряда частиц приводит к более сильной поляризации связываемых молекул и соответствующему изменению других свойств их. В водных растворах такие дополни­тельно поляризованные молекулы воды способны сильнее связы­вать другие молекулы воды, в некоторой степени усиливая и их поляризацию. Конечно, сольватация зависит не только от зарядов частицы, но и от их химического состава.

 

Сабақтың қысқаша мазмұны

 

Коллоидты бөлшектің заряды адсорбциялық процестерге байланысты: берілген коллоидтың бөлшегі ерітіндіден коллоидты заттың табиғатына байланысты ионды сіңіреді және тәжірибенің шартына тәуелді болады Ерітіндідегі электролиттің иондарынан коллоидтың бөлшегі ионның біреуін ғана сіңіреді. Соның салдарынан белгілі зарядқа ие болды Сіңірілген ионмен диспертік фазаның болшектерінен және олармен байланысқан қарсы иондардан тұратын барлық комплекс ертіндіде біртұтас болып қозғалады, бұл кешенді гранула комплекс (бөлшек)деп, ал оның ионды сіңіретін бөлігін - болшектің ядросы деп атайды. Ерітіндідегі қарсы иондар, зарядталған болшекке тартылып оның маңайына жиналады. Ядроға жақындары күштірек тартылып ертіндіде қозғалғанда бөлшекте мықты орналасады. Бөлшектің осындай құрамы мен қалған қарсы иондардың бөлігі мицелланы құрайды.

Кремний кышқылының золінің құрылысы:

 

бөлшек

{[Si0₂]_m, (n-x)H₂Si0₃, xSiO₃}2xН⁺

ядро_______________________,

мицелла