Лекция 13 коллоидные системы

 

Предметом изучения коллоидной химии являются гетерогенные высокодисперсные системы и высокомолекулярные системы.

Коллоидные системы очень распространены в природе, они имеют большое значение для жизнедеятельности растений и животных. Почва, клеточный сок, белковые вещества, лимфа, кровь- все это коллоидные системы.

Коллоидные системы состоят из дисперсионной среды и дисперсной фазы.В дисперсных системах одна из фаз находится в мелко раздробленном состоянии и распределена в другой, имеющей непрерывное строение. Вещество, находящееся в мелко раз­дробленном состоянии, называется дисперсной фазой, а вещество, находящееся в виде сплошной массы - дисперсионной сре­дой. По размерам частиц дисперсной фазы дисперсные системы классифицируются на три вида:

1. Истинные растворы -это гомогенные однофазные дисперсные системы Растворенное вещество находится в виде молекул или ионов, например: растворы сахара, спирта, мочевины в воде, растворы электролитов и др.

2. Коллоидные системы - это высокодисперсные гетерогенные системы с хорошо развитой поверхностью раздела между фазами. Их частицы не оседают под действием силы тяжести, проходят через бумажные фильтры, но задерживаются расти­тельными и животными мембранами (пергаментом, перепонкой из бычьего пузыря и др.). Например, почвенные коллоиды, водные растворы серебра, золота, серы, сульфидов металлов.

3. Грубые дисперсии - это системы с размером частиц 10^–5. К ним относятся суспензии и эмульсии, на­пример: суспензия глины в воде, эмульсия жира в воде (молоко) и др.

Таким образом, коллоидные растворы занимают промежуточное положение - между истинными растворами и грубыми дисперсиями.

Коллоидные растворы обладают своеобразными кинетическими, оптическими и электрическими свойствами. Особые свойства коллоидных систем в значительной мере определяются молекулярными силами, некомпенсированными в поверхностных межфазовых слоях, свойствами и строением этих слоев.

Коллоидные растворы по интенсив­ности взаимодействия дисперсной фазы со средой (сольвата­ции) делятся на две группы: лиофобные -характеризующиеся слабым взаимодействием частиц дисперсной фазы смолеку­лами среды, и лиофильные, характеризующиеся сильным взаимодействием с растворителем. Высокодисперсные коллоидные растворы, относящиеся к типу систем т/ж, носят название золей (от лат. solutio – раствор).

Полуколлоидные системы представляют собой растворы смешанного характера, т. е. в одном и том же растворителе одновременно находятся молекулы, ионы и мицеллы различной дисперсности. К лиофиль­ным системам ранее относили и растворы высокомолекулярных соединений, которые в настоящее время выделены в от­дельную группу.

Примером растворов высокомолекулярных соединений яв­ляются белки, каучук в бензине или бензоле, полиамиды в этиловом спирте, желатин в воде. Исследование свойств этих растворов показало, что они являются гомогенными и равно­весными системами. По принятой в настоящее время терминологии их называют истинными растворами высокомолекулярных соеди­нений; но так как они имеют ряд свойств, характерных для типичных коллоидных систем, то их изучают в коллоидной химии.

Гетерогенные высокодисперсные системы обладают резко выраженной поверхностью раздела между фазами, агрегативной и термодинамической неустойчивостью, необратимостью, существуют только в присутствии стабилизатора.

4. Мицелла является наименьшим количеством коллоидного вещества, способным к самостоятельному существованию и определяющим все основные свойства коллоидной системы.

В качестве примера рассмотрим схему строения мицеллы золя хлорида серебра, получаемого при реакции обмена между азотнокислым серебром и хлористым калием в сильно разбавленных растворах:

AgNO₃ + КС1 = AgCl↓ + KNO₃.

Для получения устойчивого золя необходимо, чтобы один из электролитов AgNO₃ или КС1 присутствовал в избытке в качестве стабилизатора. Согласно экспериментальным данным в присутствии избытка AgNO₃ получается золь с положительно заряженными частицами, в случае избытка КС1 –сотрицательно заряженными частицами. Ядро частицы, представ-ляющее собой кристаллик AgCl, адсорбирует на своей поверхности или ионы Ag⁺ в случае избытка AgNO₃ , или ионы С1^- в случае избытка КС1, сообщающие частице соот­ветственно положительный или отрицательный заряд. К ад­сорбированным ионам из раствора притягиваются ионы противоположного знака, причем часть их колеблется на некотором расстоянии, образуя диффузный слой. Ионы стабилизатора, как потенциалоопределяющие, так и противоионы находятся в сольватированном состоянии.

Схема строения мицеллы золя с положительно заряженной - частицей может быть представлена и в виде формулы:

 

адсорбционный слой диффузный слой

{ m[AgCl] nAg⁺ (n—x) NO₃ }⁺ х NO₃

ядро потенциалоопре- противоионы

-деляющие ионы

 

m - количество молекул в ядре частицы;

n - количество потенциалоопределяющих ионов;

(n - х) - часть противоионов, входящая в адсорбционный слой;

х - количество противоионов, образующих внешний, диффузный слой ионов.

Схема строения мицеллы золя с отрицательно заряженной частицей следующая:

{m[AgCl] nCl^- (n - х) К⁺}^- хК