Получение золей методом пептизации
Многие осадки, практически нерастворимые в воде, переходят в коллоидный раствор при действии на них некоторых веществ. Этот старый классический метод получения золей разрабатывался впервые биохимиками, которые назвали его пептизацией, а прибавляемое вещество – пептизатором. В отличие от других методов получения золей при пептизации не происходит изменение степени дисперсности частиц, а наблюдается только их разрыхление.
При пептизации из осадка удаляются коагулирующие ионы или пептизатор адсорбируется коллоидными частицами осадка, что ведет к образованию двойных электрических слоев (ДЭС) или сольватных оболочек вокруг коллоидных частиц и преобладанию благодаря им сил сцепления между частицами. Затем частицы равномерно распределяются во всем объеме жидкости. Таким образом пептизация является процессом, обратным коагуляции.
Пептизация протекает при достаточном количестве пептизатора в начальный период быстро, затем замедляется. Скорость пептизации возрастает при перемешивании, так как при этом ускоряется проникновение пептизатора внутрь агрегатов. Повышение температуры также ускоряет пептизацию.
При пептизации наблюдается зависимость между количеством пептизированного вещества, взятого осадка и пептизатора. Эта закономерность, называемая правилом осадка, заключается в том, что при постоянном содержании пептизатора с возрастанием количества взятого для пептизации осадка, количество осадка, перешедшего в раствор сначала увеличивается, а затем уменьшается.
Объяснение правила осадка заключается в следующем. Для пептизации одной частицы осадка требуется некоторое минимальное количество пептизатора. При введении первых порций осадка, в системе пептизатора много, а осадка мало и он легко переходит в золь. При дальнейшем добавлении осадка на одну его частицу приходится все меньше пептизатора и коллоидное растворение замедляется. Затем, когда пептизирующего вещества в системе станет много, осадок не только перестает растворяться, но даже выпадает уже растворившийся осадок, так как пептизатора не хватает для того, чтобы частицы находились в растворе.
Различают следующие виды пептизации: пептизация промыванием осадка; пептизация осадка электролитом; пептизация поверхностно-активными веществами; химическая пептизация.
Пептизация промыванием осадка сводится к удалению из него электролита, вызвавшего коагуляцию. В результате этого оставшийся двойной электрический слой утолщается, силы отталкивания начинают преобладать над силами притяжения и отделившиеся друг от друга мицеллы в результате броуновского движения равномерно распределяются в дисперсионной среде, т.е. образуют коллоидный раствор. При этом в систему нет необходимости вводить пептизатор, так как стабилизатор присутствует в осадке и промывание лишь увеличивает его активность. Этот вид пептизации хорошо известен в аналитической химии, когда при промывании полученного осадка водой он начинает проходить через фильтр, что указывает на увеличение его дисперсности и образование гидрозоля. Чем больше заряд и радиус коагулирующего иона, тем труднее идет коагуляция промывкой, так как ионы прочнее удерживаются осадком и этим затрудняют пептизацию.
Пептизация электролитами наблюдается при введении в осадок электролита, один из ионов которого может достраивать кристаллическую решетку дисперсной фазы или адсорбироваться на ее поверхности. Такой пептизации способствует предварительная промывка осадка чистым растворителем.
Примером пептизации с помощью электролита является введение в свежеполученный и промытый водой осадок гидроксида железа (Ш) раствора хлорида железа (Ш). В этом случае ионы железа, адсорбируясь на поверхности частиц, сообщают им положительный заряд. Одноименно заряженные частицы взаимно отталкиваются и переходят в раствор из осадка:
mFe(OH)3 + nFeCl3 ® {m[Fe(OH)3] nFe3+ 3(n - x)Cl-} 3xCl-
Эта реакция служит примером непосредственной пептизации, примером косвенной (посредственной) пептизации может служить получение того же золя гидроксида железа (Ш) при действии разбавленной HС1 на осадок гидроксида железа (Ш). В этом случае часть молекул Fe(OH)3 взаимодействует с НС1 с образованием ионов FeO+, адсорбируясь на поверхности частиц осадка Fe(OH)3, переводя его в коллоидное состояние:
Fe(OH)3 + HС1 ® FeOHCl + 2H2O
nFeOCl ® nFeO+ + nCl-
mFe(OH)3 + nFeO+ + nCl- ® {m[Fe(OH)3] nFeO+ (n - x)Cl-} xCl-
Вышеприведенная реакция может служить также примером химической пептизации, когда вещество, добавляемое в систему (НС1) взаимодействует с веществом осадка Fe(OH)3, образуя на поверхности частиц осадка стабилизатор (FeOCl).
С пептизацией имеют дело в технике, получая некоторые коллоиды, например глинистые суспензии в фарфоро-фаянсовом производстве, специальные виды цементов, некоторые пищевые продукты. Однако часто пептизация может играть и отрицательную роль, например, при извлечении сахара из свеклы диффузией возможна пептизация пектина и других веществ, содержащихся в растительных тканях.