Строение коллоидной частицы (золя)

Адсорбция

Удельная и суммарная поверхностьраздела фаз

Дисперсные системы характеризуются степенью дисперсности D, которая рассчитывается как D = 1/ r, где r – выбранный размер частицы: диаметр, если частица сферической формы, длина ребра – если частица кубической формы. Чем меньше степень дисперсности, тем больше частиц можно получить из единицы массы или объема дисперсной фазы, тем больше будет суммарная площадь раздела фаз.

S_уд. –удельная поверхность, площадь раздела фаз, приходящаяся на единицу массы или объема дисперсной фазы. S_{сум -} - суммарная поверхность всех частиц в дисперсной среде.

Рассмотрим пример: Рассчитаем удельную и суммарную площадь раздела частиц, которые получили дроблением твердого вещества массой 1 на частицы кубической формы с длиной ребра (l) 10^-4 см и 10^-6 см. Плотность твердого вещества равна 5 г/см³.

1.Рассчитаем объем одной частицы: V₁ = l³ = (10^-4 )³ = 10^-12 см³ ; V₂ = l³ = (10^-6 )³ = 10^-18 см³

2. Рассчитаем объем 1 г твердого вещества: V_тв = 1/ 5 = 0,2 см³.

3.Рассчитаем поверхность одной частицы: S₁ = 6 l² = 6 (10^-4)² = 6 10^-8 см²; S₂ = 6 l² = 6 (10^-6)² = 6 10^-12 см²

4.Рассчитаем число частиц, полученное из 0,2 см³ твердого вещества:

N₁ = 0,2 / 10^-12 = 2 10¹¹. N₂ = 0,2 / 10^-18 = 2 10¹⁷

5. Рассчитаем сумарную поверхность всех частиц дисперсной фазы:

Sсум₁ = 6 10^-8 см² _* 2 10¹¹ = 12 10³ см² = 1,2 м²; Sсум₂ = 6 10^-12 см² _* 2 10¹⁷ = 12 10⁵ см² = 120 м².

6. Рассчитаем удельную поверхность частиц: Sуд.₁ = S / V = 6 10^-8 см² / 10^-12 = 6/ 10^-4

Sуд.₂ = S / V = 6 10^-12 см² / 10^-18 = 6/ 10^-4 см^-1.

Очевидно, что для частиц кубической формы Sуд.₂ = 6/ l , где l – длина ребра.

 

Частицы дисперсной фазы характеризуются большой удельной поверхностью, поэтому обладают избыточной поверхностной энергией (F_пов). Эта энергия возникает из-за нескомпенсированности молекулярных сил сцепления поверхностного слоя частиц. F_пов. = σ S, где σ – удельная поверхностная энергия, S – поверхность раздела фаз. Уменьшение поверхностной энергии дисперсных частиц происходит за счет процесса адсорбции. Адсорбция – самопроизвольный процесс поглощения вещества из объема дисперсионной среды поверхностным слоем частиц дисперсной фазы. Адсорбент – вещества, на поверхности которых происходит адсорбция, тогда адсорбаты –газы, молекулы, ионы, которыеадсорбируются (поглащаются) наповерхности адсорбента

Физическая адсорбция – молекулы адсорбата удерживаются поверхностью адсорбента слабыми силами межмолекулярного притяжения. Процесс равновесный и при постоянной температуре устанавливается равновесие: адсорбция ↔ десорбция

Химосорбция - химическое взаимодействие частиц поглащаемого вещества с поверхностью адсорбента. Процесс чаще всего необратимый.

Если частицы дисперсной фазы распределены в водных растворах электролитов, то на их поверхности адсорбируются ионы, преимущественно одного знака, В результате адсорбции ионов на частице образуется двойной электрический слой. Ионы противоположного знака притягиваются к поверхности электростатическими силами. В результате такого взаимодействия образуется мицелла золя. Мицелла- комплекс, образованный твердой частицой дисперсной фазы с окружающим его двойным электрическим слоем. Рассмотрим строение коллоидной частицы – мицеллы золя AgI.

Реакция получения золя: AgNO₃ + KI = AgI↓ + NaNO_3/

1-й случай. В растворе избыток NaI.

{(AgI)_m nI^- (n-x) K⁺ }^- K⁺

2-й случай. В растворе избыток AgNO₃.

{(AgI)_m nAg⁺ (n-x) I^- }⁺ I^-.

^ядро

^{гранула}

^{мицелла.}