Строение мицелл

Строение мицелл в золях интересовало ученых уже давно. Так Иордис и Дюкло отметили, что дисперсная фаза золя всегда содержит в качестве примеси вещества, из которых она была получена и что коллоидная частица представляет собой комплексное соединение сложного состава. Паули расширил эти представления и рассматривал мицеллу как настоящее комплексное соединение по Вернеру и выражал строение, например золя сульфида мышьяка, следующей формулой:

 

xAs₂S₃ yAs₂S₄H^- yH⁺

 

Наряду с рассмотренными выше представлениями, которые можно назвать химическими гипотезами, существует и физический или адсорбционный подход к объяснению строения мицеллы. Так Фаянс считал, что коллоидные частицы являются ультрамикроскопическими кристаллами и что, например, кристаллики AgI , полученные в результате реакции KI, взятого в избытке с AgNO₃ и находящиеся в растворе иодида калия, испытывают тенденцию к росту. Поскольку из ионов K⁺ и I^- присутствующих в растворе, нерастворимое соединение с ионами Ag⁺ и I^- , находящимися на поверхности кристалла, способны давать только ионы I^-, он один и способен достраивать кристалл. Достройка кристалла ионом I^- может продолжаться только до тех пор, пока этим ионом не будут закрыты на кристаллической поверхности все ионы Ag⁺. которые только и могут взаимодействовать с ионами I^- вследствие разноименности зарядов.

Достройка кристалла AgI имеет место и тогда, когда кристалл находится в растворе AgNO₃. В этом случае ионом, достраивающим поверхность, будет ион Ag⁺, который придает кристаллу уже положительный заряд.

Достройка кристалла ионами Ag⁺ и I^- происходить не только потому, что они образуют нерастворимое соединение на кристаллической поверхности, но и потому, что они наиболее подходят к данной кристаллической решетке по размерам и свойствам. Достраивать решетку могут не только ионы, общие с ионами кристалла, но и изоморфные с ними, например, Br^-, Cl^-.

В результате достройки на поверхности металла образуется двойной электрический слой. При этом, когда кристалл AgI находится в растворе KI, потенциалопределяющий ион I^-, противоион К⁺; в растворе AgNO₃, потенциалопределяющий ион Ag⁺, противоион NO₃^-.

Как физическая, так и химическая теории строения мицеллы приводят к одним и тем же выводам, что ионы электролита-стабилизатора препятствуют дальнейшему росту кристаллика, сообщая ему заряд и тем самым способствуют агрегативной устойчивости системы.

Итак, заряд коллоидной частицы всегда определяется родственными ионами стабилизатора, способными достраивать кристаллическую решетку или преимущественно адсорбироваться на поверхности частицы. Стабилизатором же может служить всякое вещество, имеющее также ионы, независимо от того, является ли оно одним из исходных веществ, взятым в избытке (например KJ или AgNO₃ при образовании золя AgJ) или оно специально введено в систему при его получении (мыло при образовании эмульсии). Строение мицеллы можно выразить специальными формулами.

Рассмотрим для примера строение мицеллы золя AgJ в разбавленном растворе KJ (рис. 8.1). Внутри мицеллы находится кристалл из молекул AgJ. Эту часть мицеллы, согласно терминологии, предложенной Н. Р. Песковым, называют агрегатом. На поверхности кристалла находятся достраивающие его ионы, которые придают электрический заряд. Эти ионы являются потенциалопределяющими. Агрегат вместе с потенциалопределяющими ионами называется ядром мицеллы. В непосредственной близости от ядра в адсорбционном слое находится часть противоионов К⁺, прочно связанных электростатическими и адсорбционными силами, и в элетрическом поле они совместно с ядром движутся к аноду. Эти противоионы К⁺ вместе с эквивалентным числом потенциалопределяющих ионов J^- формально можно рассматривать как недиссоциированные молекулы.

Ядро вместе с частью прочно связанных с ним противоионов называют коллоидной частицей, которая в отличие от электронейтральной мицеллы всегда имеет заряд (в данном случае отрицательный).

Остальные противоионы, находящиеся ближе к периферической части мицеллы, образуют диффузный слой, они относительно свободны и в электрическом поле движутся к катоду. Граница между диффузным слоем и коллоидной частицей называется плоскостью или границей скольжения.

Строение мицеллы можно представить также в виде формулы: