Коллоидные (коллоидно-дисперсные) системы

Коллоидные системы (золи) – это гетерогенные системы, состоящие из частиц размером порядка 10^–7–10^–9 м. По размеру частиц коллоидные системы занимают промежуточ­ное положение между истинными растворами низкомолекулярных ве­ществ (размеры частиц, т.е. молекул и ионов, менее 10^–9 м) и грубодисперсными системами.

Коллоидные частицы обычно имеют сложную структуру, которая за­висит от условий получения золей, стабилизатора и других факторов. Рассмотрим строение коллоидных частиц хлорида серебра, полученного методом химической конденсации.

Если к раствору хлорида натрия прибавлять постепенно раствор нитрата серебра, то получающиеся в начале реакции моле­кулы хлорида серебра соединяются, образуя более крупные агре­гаты, состоящие из чередующихся ионов. В этот момент в растворе создается избыток ионов Cl^–. Образующиеся ультрамикрокристаллы хлорида серебра адсорбируют из раствора находящиеся в нем в избытке ионы Cl^–. Согласно правилу Панета-Фаянса – адсорбируются преимущественно ионы, входящие в состав агрегата, сходные с ними или образующие нерастворимые осадки с ионами агрегата.В результате частицы осадка AgCl оказываются отрицательно заряженными и составляет ядро коллоид­ной частицы: m(AgCl) ∙ nCl^–. Заряд ядра компенсируется эквивалентным зарядом противоположно заряженных ионов (противоионов), в данном случае ионов Na⁺, причем часть противоионов прочно связана с ядром и находится непосредствен­но у поверхности ядра. Эти противоионы помимо электростатических сил испытывают силы адсорбционного притяжения поверхности и назы­ваются противоионами адсорбционного слоя, их число равно (п – х). Остальная часть противоионов, число которых равно х, расположена диффузно и составляет диффузный слой.

При обратном порядке смешения растворов, т. е. при медленном прибавлении хлорида натрия к раствору нитрата серебра, в рас­творе получается избыток ионов Ag⁺, в результате чего обра­зующиеся зародыши кристаллов AgCl адсорбируют на своей по­верхности из раствора ионы Ag⁺ и заряжаются положительно.

Таким образом, формулы ми­целл гидрозоля хлорида серебра в избытке хлорида натрия (I) и хлорида серебра в избытке нитрата серебра (II) можно записать так:

Мицелла золя является электронейтральной.

Заряженную часть ми­целлы, обозначенную в формуле фигурными скобками, называют грану­лой или коллоидной частицей. Потенциал, возникающий на поверхности гранулы, называют электрокинетическим потенциалом, численно равный работе, которую нужно совер­шить при переносе единицы заряда с поверхности гранулы в глубь дис­персионной среды или наоборот.

В том и другом случае образующиеся ультрамикрокристаллы AgCl приобретают определенные электрические заряды (положитель­ные или отрицательные) за счет адсорбции избыточных ионов из раствора. Наличие одноименных зарядов у частиц препятствует сцепле­нию их и дальнейшему росту кристаллов. В результате ультра-микрокристаллы AgCl с адсорбированными на них ионами Cl^– или Ag⁺ приобретают устойчивость и остаются в жидкости, образуя коллоидный раствор.