Коллоидные растворы - это высокодисперсные двухфазные системы, состоящие из дисперсионной среды и дисперсной фазы, причем линейные размеры частиц последней лежат в пределах от 10 -9 м до 10 -7 м. Как видно, коллоидные растворы по размерам частиц являются промежуточными между истинными растворами и суспензиями и эмульсиями. Коллоидные частицы обычно состоят из большого числа молекул или ионов.

Коллоидные растворы иначе называют золями. Их получают дисперсионными и конденсационными методами. Диспергирование чаще всего производят при помощи особых “коллоидных мельниц”. При конденсационном методе коллоидные частицы образуются за счет объединения атомов или молекул в агрегаты. Так, если возбудить в воде дуговой электрический разряд между двумя проволоками из серебра, то пары металла конденсируются в коллоидные частицы. При протекании многих химических реакций также происходит конденсация и образуются высокодисперсные системы (выпадение осадков, протекание гидролиза, окислительно-восстановительные реакции и т.д.).

Золи обладают рядом специфических свойств, которые подробно изучает коллоидная химия. Золи в зависимости от размеров частиц могут иметь различную окраску, а у истинных растворов она одинаковая. Например, золи золота могут быть синими, фиолетовыми, вишневыми, рубиново-красными.

В отличие от истинных растворов для золей характерен эффект Тиндаля, т. е. рассеяние света коллоидными частицами. При пропускании через золь пучка света появляется светлый конус, видимый в затемненном помещении. Так можно распознать, является данный раствор коллоидным или истинным. Строение структурной единицы лиофобных коллоидов – мицеллы – может быть показано лишь схематически, поскольку мицелла не имеет определенного состава. Рассмотрим строение коллоидной мицеллы на примере гидрозоля иодида серебра, получаемого взаимодействием разбавленных растворов нитрата серебра и иодида калия:

AgNO 3 + KI ––> AgI + KNO 3

Коллоидная мицелла золя иодида серебра (см. рис. 4.9) образована микрокристаллом иодида серебра, который способен к избирательной адсорбции из окружающей среды катионов Ag+ или иодид-ионов. Если реакция проводится в избытке иодида калия, то ядро будет адсорбировать иодид-ионы; при избытке нитрата серебра микрокристалл адсорбирует ионы Ag+. В результате этого микрокристалл приобретает отрицательный либо положительный заряд; ионы, сообщающие ему этот заряд, называются потенциалопределяющими , а сам заряженный кристалл – ядром мицеллы . Заряженное ядро притягивает из раствора ионы с противоположным зарядом – противоионы ; на поверхности раздела фаз образуется двойной электрический слой. Некоторая часть противоионов адсорбируется на поверхности ядра, образуя т.н. адсорбционный слой противоионов ; ядро вместе с адсорбированными на нем противоионами называют коллоидной частицей или гранулой. Остальные противоионы, число которых определяется, исходя из правила электронейтральности мицеллы, составляют диффузный слой противоионов ; противоионы адсорбционного и диффузного слоев находятся в состоянии динамического равновесия адсорбции – десорбции.

Схематически мицелла золя иодида серебра, полученного в избытке иодида калия (потенциалопределяющие ионы – анионы I – , противоионы – ионы К +) может быть изображена следующим образом:

{ m · nI – · (n-x)K + } x– · x K +

При получении золя иодида серебра в избытке нитрата серебра коллоидные частицы будут иметь положительный заряд:

{ m · nAg + · (n-x)NO 3 – } x+ · x NO 3 –

Рис.1 Строение коллоидной мицеллы

Агрегативная устойчивость золей обусловлена, таким образом, рядом факторов: во-первых, снижением поверхностной энергии дисперсной фазы (т.е. уменьшения движущей силы коагуляции) в результате образования двойного электрического слоя и, во-вторых, наличием кинетических препятствий для коагуляции в виде электростатического отталкивания имеющих одноименный заряд коллоидных частиц и противоионов. Еще одна причина устойчивости коллоидов связана с процессом гидратации (сольватации) ионов. Противоионы диффузного слоя сольватированы; эта оболочка из сольватированных противоионов также препятствует слипанию частиц.

Одним из важных свойств золей является то, что их частицы имеют электрические заряды одного знака. Благодаря этому они не соединяются в более крупные частицы и не осаждаются. При этом частицы одних золей, например металлов, сульфидов, кремниевой и оловянной кислот, имеют отрицательный заряд, других, например гидроксидов, оксидов металлов, - положительный заряд. Возникновение заряда объясняется адсорбцией коллоидными частицами ионов из раствора.

Для осаждения золя необходимо, чтобы его частицы соединились в более крупные агрегаты. Соединение частиц в более крупные агрегаты называется коагуляцией, а осаждение их под влиянием силы тяжести - седиментацией.

Обычно коагуляция происходит при прибавлении к золю: 1) электролита, 2) другого золя, частицы которого имеют противоположный заряд, и 3) при нагревании.

При определенных условиях коагуляция золей приводит к образованию студенистой массы, называемой гелем. В этом случае вся масса коллоидных частиц, связывая растворитель, переходит в своеобразное полужидкое-полутвердое состояние. От гелей следует отличать студни - растворы высокомолекулярных веществ в низкомолекулярных жидкостях (системы гомогенные). Их можно получить при набухании твердых полимеров в определенных жидкостях.

Значение золей исключительно велико, так как они более распространены, чем истинные растворы. Протоплазма живых клеток, кровь, соки растений - все это сложные золи. С золями связано получение искусственных волокон, дубление кож, крашение, изготовление клеев, лаков, пленок, чернил. Много золей в почве, и они имеют первостепенное значение для ее плодородия.

Мицелла – это структурная коллоидная единица. Необходимыми условиями образования мицеллы являются:

а) образование в результате реакции труднорастворимого вещества, m молекул которого образуют агрегат коллоидной частицы.

Например: ;

б) наличие стабилизатора – электролита, предоставляющего ионы, адсорбируемые поверхностью труднорастворимого соединения. Согласно правилу Панетта–Фаянса , лучше всего адсорбируется тот ион, который входит в состав кристаллической решетки адсорбента . Абсорбируемые ионы, достраивающие кристаллическую решетку труднорастроримого соединения, называют потенциал определяющими ионами коллоидной частицы , поскольку заряд частицы совпадает по знаку с зарядом этих ионов. Адсорбция потенциалопределяющих ионов происходит самопроизвольно, сопровождаясь уменьшением свободной энергии поверхности ядра (∆G s).

Стабилизатором, как правило, является исходное вещество, взятое в избытке. Если в рассматриваемой реакции в избытке берется соль , то она будет стабилизатором. И тогда адсорбируемым ионом будет ион .

Рис. 4. Схема строения коллоидной
мицеллы: 1 – адсорбционный слой; 2 – слой потивоионов; 3 – диффузный слой

При избытке соли , стабилизатор предоставляет иодид-ионы, избирательно адсорбируемые поверхностью :

Агрегат с потенциал определяющими ионами образуют ядро мицеллы .

Другие ионы стабилизатора (противоионы ) образуют около твердой поверхности два слоя:адсорбционный (неподвижный), прочно связанный с ядром, и диффузионный (подвижный), расположенный на определенном расстоянии от ядра в дисперсионной среде. Ядро совместно с адсорбционным слоем противоионов называется коллоидной частицей (гранулой) .

Строение мицеллы удобно представлять в виде формулы. Для золя формула мицеллы пишется так, если стабилизатором будет

если стабилизатором будет AgNO 3:

Если стабилизатор , то формула мицеллы запишется так:

Количества потенциалопределяющих ионов и противоионов должны соответствовать их стехиометрии в молекуле стабилизатора. Поскольку поверхностная энергия на ядре коллоидной частицы больше поверхностной энергии на слое потенциалопределяющих ионов, то противоионов адсорбируется на x меньше. Ядро вместе с адсорбционным слоем (слоем потенциалопределяющих ионов и частью противоионов) составляет гранулу. Коллоидная частица (гранула), окруженная противоионами электролита, называется мицеллой. Мицелла – нейтральная частица, а коллоидная частица, как правило имеет заряд, знак и величина которого определяются электрокинетическим потенциалом x, возникающим на границе между адсорбционным и диффузным слоем.

При использовании реакции обмена состав мицелл зависит от того, что к чему приливать!

Строение коллоидных растворов.

Коллоидные растворы – микрогетерогенные системы, частицы которых проходят через бумажные фильтры, но не проходят через животные мембраны и просматриваются через ультрамикроскоп.

Коллоидные частицы имеют сложное строение: они состоят из ядер, зарядообразующих ионов и противоионов.

Коллоидные частицы образуются исходя, из правило Пескова-Фаянса: на всякой твердой поверхности ядра адсорбируются преимущественно те ионы, которые имеют с ядром одинаковую атомную группировку, и находятся в избытке.

Например, при добавлении к раствору

KJ + AgNO 3 → AgJ↓ + KNO 3

а) в избытке KJ – образуется мицелла с отрицательным зарядом гранулы

{ m(AgJ) nJ - (n-x)K + } x - x K +

m(AgJ) - ядро

nJ - (n-x)K + - адсорбционный слой противоионов

X K + - диффузионный слой противоионов

nJ - потенциалопределяющие ионы

{ m(AgJ) nJ - (n-x)K + } x - - гранула

{ m(AgJ) nJ - (n-x)K + } x - x K + - мицелла

б) в избытке AgNO 3 – образуется мицелла с положительным зарядом гранулы

{m(AgJ) nAg + (n-x) NO 3 - } x+ x NO 3 -

Ионы, определяющие заряд коллоидной частицы называются потенциалопределяющими. Ядро с потенциалопределяющими ионами притягивают из окружающей среды ионы противоположного заряда, имеющегося в растворе в избытке. Часть противоионов образует адсорбционный слой, а другая часть – диффузионный слой. Ядро с потенциалопределяющими ионами и адсорбционным слоем противоионов называется гранулой , а гранула с противоионами диффузионного слоя называется мицеллой.

Электрический заряд на кол. частицах возникает в результате электролитической диссоциации вещества дисперсной фазы или вследствие избирательной адсорбции ионов. Наличие заряда можно обнаружить, пропуская через кол. Систему постоянный электрический ток, под действием которого частицы будут перемещаться к электродам. Перемещение частиц дисперсной фазы под действием электрического тока называется электрофорезом.

При определенных условиях кол. Частица может быть нейтральна -

{ m(AgJ) nJ - (n-x)K + } 0 – изоэлектрическое состояние, неустойчивое, мицелла легко разрушается.

2. Свойства коллоидных растворов. Коллоидные растворы называют золями. По характеру взаимодействия дисперсионной среды с дисперсной фазой различают:

Золи лиофильные - хорошо взаимодействующие с водой (растворы клея, желатина, белка, крахмала, мыло)

Золи лиофобные – слабо взаимодействующие или не взаимодействующие с растворителем (растворы некоторых сульфидов, гидроксидов металлов в воде).

Если растворителем является вода, то золи называются гидрофильными и гидрофобными.

Свойства:

1. Молекулярно-кинетические – связанные с хаотическим движением частиц (диффузией).

2. Электрические свойства – при пропускании электрического тока «+» заряженные гранулы движутся к катоду, « - » движутся к аноду.

3. Оптические – при пропускании видимого света частицы дисперсной фазы коллоидной системы рассеивают падающий на них свет. Рассеянный свет образует вокруг кол. Частицы светящееся поле. Освещенная мицелла сама становится источником света и в растворе образуется светящийся конус, поэтому коллоидные растворы в большинстве синеватого света при наблюдении в боковом рассеянном свете, а в проходящем свете – красноватые.

4. Коагуляция, пептизация, седиментация.

Процесс коагуляции – это укрупнение (слипание) кол. Частиц под действием различных факторов или, проходящий самопроизвольно.

При этом лиофильные золи превращаются в гели, а гидрофобные – в порошок.

Факторы, вызывающие коагулящию:

- температура – нагревание снимает заряд в связи с усилением частиц и разрушением гидратированной оболочки у золя.

- добавление электролита, содержащего ион по заряду противоположный заряду коллоидной частицы.

Минимальное количество электролита, которое надо прибавить к 1 л золя, чтобы вызвать коагуляцию называется порогом коагуляции (γ)

1 . Золь фторида кальция получен смешиванием 32 мл раствора фторида натрия с молярной концентрацией NaF, равной 8,0·10 -3 моль/л и 25 мл раствора хлорида кальция с молярной концентрацией CaCl 2 , равной 9,6·10 -3 моль/л. Напишите формулу мицеллы полученного золя, укажите все её составные части. Определите тип коллоида, знак заряда гранулы коллоидной частицы золя и направление её движения в электрическом поле.

Решение . Зная молярные концентрации растворов NaF и CaCl 2 , определяем количество вещества фторида натрия ν(NaF) и хлорида кальция ν(СаСl 2), вступивших в реакцию обмена по уравнению

2NaF + CaCl 2 = ↓CaF 2 + 2NaCl:

ν(NaF) = Cμ(NaF)·V(NaF) = (8,0·10 -3 моль/л)·(32·10 -3 л) = 2,56·10 -4 моль,

ν(CaCl 2) = Cμ(CaCl 2)·V(CaCl 2) = (9,6·10 -3 моль/л)·(25·10 -3 л) = 2,4·10 -4 моль.

Cогласно уравнению реакции, вещества взаимодействуют между собой в соотношении ν(NaF):ν(CaCl 2) = 2:1, а из приведенных расчетов видно, что ν(NaF):ν(CaCl 2) =(2,56·10 -4)/(2,4·10 -4) = 1,07:1, т.е. в растворе имеется избыток хлорида кальция, который и служит в данном случае стабилизатором коллоидной мицеллы. Поскольку по условию задачи речь идет о водных растворах взаимодействующих солей, то ионы стабилизатора (Са + и Cl -) будут гидратированными, т.е. окруженными молекулами растворителя Н 2 О. Вместе с тем, зародыш коллоидной частицы, формирующийся из нерастворимых молекул фторида кальция СаF 2 , будучи веществом кристаллическим, воду не поглощает. Отсюда первый вывод – коллоридная частица является гидрофобной .

Из ионов стабилизатора генетически близким к составу зародыша (согласно правилу Пескова-Фаянса) является ион кальция Са 2+ . Отсюда мы делаем второй вывод – потенциалопределяющими ионами будут ионы Са 2+ ·ρН 2 О , и, следовательно, гранула коллоидной мицеллы будет положительно заряженной , т.е. в электрическом поле будет перемещаться к катоду .

Противоионами в этом растворе служат гидратированные хлорид-ионы стабилизатора 2Cl - ·(q+ℓ)H 2 O , которые располагаются вокруг ядра двумя слоями : первый – адсорбционный, состоящий из 2Cl - ·qH 2 O, второй – диффузный, его строение 2Cl - ·ℓH 2 O.

Теперь можно записать мицеллярную формулу частицы золя фторида кальция:

{[(m(CaF 2)·nCa 2+ ·ρН 2 О) 2 n+ ·2(n-x)Cl - ·qH 2 O] 2 x+ + 2xCl - ·ℓH 2 O} 0 .

потенциал- |зародыш _| адсорбц. слой диффузн. слой

определяющий | ядро | противоионов

ион | гранула |

| мицелла |

Как видим, гранула золя CaF 2 в данном случае заряжена положительно и при наложении электрического поля гранула будет двигаться к отрицательно заряженному электроду (катоду), а противоионы диффузного слоя (2хCl - ·ℓH 2 O) – к положительно заряженному электроду (аноду).

Ответ : образуется гидрофобный золь, гранула заряжена положительно, перемещается под дейситвием электрического поля к катоду.

2 . Золь сульфата бария получен смешением равных объемов растворов нитрата бария и серной кислоты. Напишите формулу мицеллы золя, гранула которой в электрическом поле перемещается к аноду. Ответьте на вопрос, будут ли одинаковыми исходные молярные концентрации электролитов. Укажите природу и строение мицеллы золя.

Решение . Нерастворимой дисперсной фазой в коллоидном растворе, образующемся при смешивании растворов Ba(NO 3) 2 и H 2 SO 4 , будет кристаллический сульфат бария, согласно реакции обмена

Ba(NO 3) 2 + H 2 SO 4 = ↓BaSO 4 + 2HNO 3 .

Поскольку дисперсная фаза имеет кристаллическую структуру, то образующаяся на её основе мицелла является гидрофобной. Если гранула перемещается к аноду, значит, она имеет отрицательный заряд и, следовательно, потенциалопределяющими ионами могут быть только гидратированные анионы SO 4 2- ·рН 2 О (правило Пескова-Фаянса). Ясно, что противоионами выступают гидратированные протоны 2Н + ·(q+ℓ)H 2 O, т.е. электролитом-стабилизатором является серная кислота, а значит, её концентрация в этой системе должна быть больше в сравнении с концентрацией раствора нитрата бария:С μ (H 2 SO 4) > С μ (Ba(NO 3) 2 .

С учетом проведенного анализа, построим формулу мицеллы гидрофобного золя сульфата бария:

{[(m(BaSO 4)· nSO 4 2- ·рН 2 О) 2 n- ·2(n-x)H + ·qH 2 O] 2 x- + 2xH + ·ℓH 2 O} 0 .

Потенциал- | зародыш | адсорбц. слой диффузн. слой

определяющий | ядро | противоионов

ион | гранула |

| мицелла |

Ответ : золь сульфата бария гидрофобный, гранула заряжена отрицательно, в раствореС μ (H 2 SO 4) > С μ (Ba(NO 3) 2 .

3 . Золь гидроксида железа (3), полученный при добавлении к 85 мл кипящей дистиллированной воды 15 мл раствора хлорида железа (3) с массовой долей FeCl 3 , равной 2%, образуется в результате частичного гидролиза соли по уравнению:

FeCl 3 + 3H 2 O = ↓Fe(OH) 3 + 3HCl.

Напишите возможные формулы мицелл золя Fe(OH) 3 , учитывая, что при образовании частиц гидроксида железа (3) в растворе присутствовали следующие ионы: Fe 3+ , FeO + , H + , Cl - , ОН - . При этом все ионы гидратированы молекулами растворителя.

Решение . Как показывает уравнение гидролиза, приведенное в условии задачи, образованию нерастворимого гидроксида железа (3) соответствует соотношение Сμ(Fe 3+):Сμ(ОН -) = ν(Fe 3+):ν(ОН -) = 1:3.

Определим количество вещества каждого из участников процесса гидролиза. Согласно данным таблицы №3 приложения № 10, плотность 2% раствора хлорида железа (3) при нормальных условиях равна 1,015 г/см 3 . Зависимость массы FeCl 3 и массовой доли ω(FeCl 3) определяется из соотношения m(FeCl 3) = ω(FeCl 3)·V р-ра (FeCl 3)·ρ р-ра (FeCl 3). С другой стороны, количество вещества соли ν(FeCl 3) = m(FeCl 3)/M(FeCl 3), где M(FeCl 3) – молярная масса хлорида железа, она равна M(FeCl 3) = 56 + 3·35,5 = 162,5 г/моль. Отсюда получаем расчетную формулу для определения количества вещества соли, а значит, и количества вещества ионов Fe 3+ , вступивших в реакцию гидролиза:

ν(Fe 3+) = ν(FeCl 3) = [ω(FeCl 3)·V р-ра (FeCl 3)·ρ р-ра (FeCl 3)]/M(FeCl 3).

Произведем соответствующие расчеты и получим:

ν(Fe 3+) = ν(FeCl 3) = (0,02·15·1,015)/162,5 = 1,85·10 -3 моль.

Для определения концентрации Сμ и количества вещества ν гидроксид-ионов ОН – вспомним правило ионного произведения воды. Оно гласит, что в нейтральном растворе молярные концентрации ионов Н + и ОН – равны и не превышают 1·10 -7 моль/л. При гидролизе, как показывает уравнение в условии задачи, концентрация ОН – будет и того меньше (гидролиз приводит к подкислению раствора). Даже если мы допустим, что в нашей системе присутствует 100 мл чистой воды, то в них будет содержаться не более 1·10 -7 моль ионов ОН – .

Следовательно, электролитом-стабилизатором при образовании мицелл гидроксида железа (3) ни при каких условиях не может выступать вода (как источник ионов ОН – и Н +). Зато другие ионы - Fe 3+ , FeO + , Cl – могут участвовать в стабилизации коллоидных частиц. Исходя из этих рассуждений, построим две возможные формулы мицелл золя, не забывая при этом, что гидроксид железа является веществом аморфным, а потому активно адсорбирующим молекулы растворителя. Это означает, что обе возможные мицеллы будут иметь гидрофильную природу.

Случай 1) : потенциалопределяющие ионы – Fe 3+ ·pH 2 O; противоионы - 3Сl - ·(q+ℓ)H 2 O. При этих условиях формула гидрофильной мицеллы золя Fe(OH) 3 будет иметь вид: {[(m(Fe(OH) 3 ·rH 2 O·nFe 3+ ·pH 2 O) 3 n+ ·3(n-x)Cl – ·qH 2 O] 3 x+ + 3xCl – ·ℓH 2 O} 0 .

Случай 2) : потенциалопределяющие ионы – FeO + ·pH 2 O; противоионы - Сl - ·(q+ℓ)H 2 O. Мицелла гидрофильная, её формула

{[(m(Fe(OH) 3 ·rH 2 O·nFeО + ·pH 2 O) n+ ·(n-x)Cl – ·qH 2 O] x+ + xCl – ·ℓH 2 O} 0 .

В обоих случаях гранулы имеют положительный заряд и в электрическом поле перемещаются к катоду.

Ответ : возможно образование двух гидрофильных мицелл с гранулами положительного заряда

{[(m(Fe(OH) 3 ·rH 2 O·nFeО + ·pH 2 O) n+ ·(n-x)Cl – ·qH 2 O] x+ + xCl – ·ℓH 2 O} 0

и {[(m(Fe(OH) 3 ·rH 2 O·nFe 3+ ·pH 2 O) 3 n+ ·3(n-x)Cl – ·qH 2 O] 3 x+ + 3xCl – ·ℓH 2 O} 0 .

4 . Золь берлинской лазури можно получить при взаимодействии неэквивалентных количеств разбавленных растворов железа (3) хлорида и калия феррицианата K 4 . Напишите формулы мицелл гидрофобных золей, имея в виду, что комплексные ионы подвергаются гидратации с такой же силой, как и простые.

Решение . В основе образования коллоидных растворов лежит реакция обмена, приводящая к формированию нерастворимой фазы:

4FeCl 3 + 3K 4 = ↓Fe 4 3 + 12KCl.

Нерастворимые частицы гексацианоферрата (2) железа (3) образуют зародыш коллоида, причем гидрофобный, т.к. вещество имеет кристаллическое строение. В зависимости от того, какая из солей взята в избытке, потенциалопределяющими ионами могут выступить либо гидратированные анионы 4- ·рН 2 О, либо гидратированные катионы Fe 3+ ·pH 2 O. Соответственно, противоионами будут в разных случаях либо 4К + ·(q+ℓ)H 2 O, либо 4Cl - ·(q+ℓ)H 2 O.

На основании проведенного анализа составим формулы возможных мицелл:

а) С N K 4 > С N FeCl 3 , тогда

{[ (m(Fe 4 3 ·n 4- ·рН 2 О) 4 n- ·4(n-x)K + ·q(H 2 O)] 4 x- + 4xK + ·ℓH 2 O} 0 ;

б) С N K 4 < С N FeCl 3 , тогда

{[(m(Fe 4 3 ·nFe 3+ ·pH 2 O) 3 n+· 3(n-x)Cl - ·qH 2 O] 3 x+ + 3xCl - ·ℓH 2 O} 0 .

Хотя обе мицеллы являются гидрофобными, но заряды их гранул противоположны по знаку. Если смешать растворы в эквивалентных количествах, произойдет компенсация зарядов на этапе формирования гранул и мицеллы скоагулируют (произойдет их разрушение).

Ответ : формулы образующихся в двух различных случаях мицелл имеют вид:

а) {[(m(Fe 4 3 ·n 4- ·рН 2 О) 4 n- ·4(n-x)K + ·q(H 2 O)] 4 x- + 4xK + ·ℓH 2 O} 0 ;

б) {[(m(Fe 4 3 ·nFe 3+ ·pH 2 O) 3 n+· 3(n-x)Cl - ·qH 2 O] 3 x+ + 3xCl - ·ℓH 2 O} 0 .

5 . Рассчитайте объем 0,0025 М. раствора KI, который необходимо добавить к 0,035 л 0,003 н. раствора Pb(NO 3) 2 , чтобы получить гидрофобный золь иодида свинца и при электрофорезе его противоионы двигались к аноду. Постройте формулу мицеллы золя.

Решение . Как уже подчеркивалось не раз, в основе образования коллоидного раствора лежит реакция обмена, приводящая к формированию нерастворимой дисперсной фазы: 2KI + Pb(NO 3) 2 = ↓PbI 2 + 2 KNO 3 .

Если противоионы мицеллы при электрофорезе перемещаются к аноду, следовательно, они заряжены отрицательно, а потенциалопределяющими ионами являются положительные ионы. Согласно правилу Пескова-Фаянса, для дисперсной фазы PbI 2 таковыми могут быть только катионы свинца Pb 2+ . Отсюда ясно, что электролитом-стабилизатором выступает раствор нитрата свинца Pb(NO 3) 2 и противоионами становятся анионы NO 3 - .

При таких условиях электролит-стабилизатор должен быть в избытке, следовательно,

С N (Pb(NO 3) 2 ·V(Pb(NO 3) 2 > C N (KI)·V(KI).

Решим полученное неравенство относительно объема раствора иодида калия, помня, что С N (KI) = C μ (KI) = 0,0025 моль/л.

V(KI) < [С N (Pb(NO 3) 2 ·V(Pb(NO 3) 2 ]/C N (KI);

V(KI) < (0,003·0,035)/0,0025 < 0,042 (л).

Это означает, что для получения золя иодида свинца необходимо использовать меньше 42 мл раствора иодида калия с концентрацией 0,0025 моль/л.

Формула гидрофобной мицеллы золя иодида свинца имеет вид:

Ответ : для получения золя иодида свинца с положительной гранулой и отрицательными противоионами нужно использовать менее 42 мл раствора KI;

мицелла золя имеет гидрофобную природу, её формула

{[(m(PbI 2)·nPb 2+ ·pH 2 O) 2 n+ ·2(n-x)NO 3 - ·qH 2 O] 2 x+ + 2xNO 3 - ·ℓH 2 O} 0 .

Основной темой данной статьи будет коллоидная частица. Здесь мы рассмотрим понятие и мицеллы. А также ознакомимся с основным видовым разнообразием частиц, относящихся, к коллоидным. Отдельно остановимся на различных особенностях изучаемого термина, некоторых отдельных понятиях и многом другом.

Введение

Понятие коллоидной частицы тесно связано с различными растворами. В своей совокупности они могут образовывать разнообразные системы микрогетерогенного и дисперсного характера. Частички, образующие такие системы, по размерам обычно лежат в пределах от одного до ста мкм. Помимо наличия поверхности с четко разделенными границами между дисперсной средой и фазой, коллоидные частицы характеризуются свойством малой устойчивости, а сами растворы образоваться самопроизвольно не могут. Наличие большого разнообразия в строении внутренней структуры и размерах вызывает создание большого числа методов получения частиц.

Понятие коллоидной системы

В коллоидных растворах частицы во всей своей совокупности образуют системы дисперсоного типа, которые являются промежуточными между растворами, которые определяют как истинные и грубодисперсные. В данных растворах капли, частички и даже пузырьки, образующие дисперсную фазу, обладают размером от одного до тысячи нм. Они распределяются в толще дисперсной среды, как правило, непрерывной, и отличаются от исходной системы составом и/или агрегатным состоянием. Чтобы лучше понять значение такой терминологической единицы, лучше рассмотреть ее на фоне систем, которые она образует.

Определение свойств

Среди свойств коллоидных растворов основными можно определить:

• Образующие частички не мешают прохождению света.
• Прозрачные коллоиды обладают свойством, позволяющим рассеивать световые лучи. Это явление называют эффектом Тиндаля.
• Заряд коллоидной частицы является одинаковым для дисперсных систем, вследствие чего они не могут встречаться в растворе. В Броуновском движении дисперсные частички не могут выпадать в осадок, что обуславливается их поддержанием в состоянии полета.

Главные типы

Основные классификационные единицы коллоидных растворов:

• Взвесь частичек твердого типа в газах называют дымом.
• Взвесь частичек жидкости в газах называют туманом.
• Из мелких частичек твердого или жидкого типа, взвешенных в среде газа, образуется аэрозоль.
• Газовую взвесь в жидкостях или твердых телах называют пеной.
• Эмульсия - это жидкостная взвесь в жидкости.
• Золь - это дисперсная система ультрамикрогетерогенного типа.
• Гелем называются взвесь из 2 компонентов. Первый создает каркас трехмерного характера, пустоты которого будут заполнены различными низкомолекулярными растворителями.
• Взвесь частичек твердого типа в жидкостях называют суспензией.

Во всех этих коллоидных системах размеры частиц могут сильно отличаться в зависимости от своей природы происхождения и агрегатного состояния. Но даже несмотря на такое крайне разнообразное количество систем, обладающих разной структурой, все они относятся к коллоидным.

Видовое разнообразие частиц

Первичные частицы, имеющие коллоидные размеры, по типу внутренней структуры делятся на следующие виды:

1. Суспензоиды. Их также называют необратимыми коллоидами, что не способны самостоятельно существовать в длинных промежутках времени.
2. Коллоиды мицеллярного типа, или, как их еще называют, полуколлоиды.
3. Коллоиды обратимого типа (молекулярные).

Процессы образования данных структур очень различаются между собой, что усложняет процесс понимания их на детальном уровне, на уровне химии и физики. Коллоидные частицы, из которых образуются такие имеют крайне разную форму и условия протекания процесса образования цельной системы.

Определение суспензоидов

Суспензоидами называют растворы с элементами металлов и их вариациями в форме оксида, гидроксида, сульфида и прочих солей.

Все образующие частицы вышеупомянутых веществ обладают молекулярной или ионной кристаллической решеткой. Они формируют фазу дисперсного типа вещества - суспензоида.

Отличительной чертой, позволяющей отличать их от суспензий, является наличие более высокого показателя дисперсности. Но они связаны между собой отсутствием механизма стабилизации для дисперсности.

Необратимость суспензоидов объясняется тем, что осадок процесса их впаривания не дает человеку получить вновь золи посредством создания контакта между самим осадком и дисперсной средой. Все суспензоиды являются лиофобными. В подобных растворах называются коллоидными частицы, относящиеся к металлам и производным солям, которые были измельчены или конденсированы.

Методика получения ничем не отличается от тех двух способов, которыми всегда создают дисперсные системы:

1. Получение путем диспергирования (измельчения крупных тел).
2. Методом конденсации ионно- и молекулярнорастворенных веществ.

Определение мицелярных коллоидов

Мицелярные коллоиды также именуют полуколлоидами. Частички, из которых они создаются, возникать могут при наличии достаточного уровня дифильного типа. Такие молекулы могут образовать только низкомолекулярные вещества посредством их ассоциирования в агрегат молекулы - мицеллу.

Молекулы дифильной природы - это структуры, состоящие из углеводородного радикала, параметрами и свойствами сходного с неполярным растворителем и гидрофильной группой, которую также называют полярной.

Мицеллы - это особые скопления правильно расставленных молекул, которые удерживаются преимущественно посредством использования дисперсных сил. Мицеллы образуются, например, в водных растворах моющих средств.

Определение молекулярных коллоидов

Молекулярными коллоидами называют высокомолекулярные соединения как природного, так и синтетического происхождения. Молекулярный вес может колебаться от 10.000 до нескольких миллионов. Молекулярные фрагменты подобных веществ обладают размером коллоидной частицы. Сами молекулы именуют макромолекулами.

Соединения высокомолекулярного типа, подверженные разбавлению, называют истинными, гомогенными. Они, в случае предельного разведения, начинают подчиняться общему ряду законов для разбавленных составов.

Получение коллоидных растворов молекулярного типа является довольно простым заданием. Достаточно заставить контактировать и соответствующий растворитель.

Неполярная форма макромолекул растворяться может в углеводородах, а полярная - в полярных растворителях. Примером последнего может послужить растворение различных белков в растворе воды и соли.

Обратимыми эти вещества называют в связи с тем, что подвергание их выпариванию с добавлением новых порций заставляет молекулярные коллоидные частицы принимать форму раствора. Процесс их растворения должен проходить через стадию, на которой он набухает. Она является характерной чертой, выделяющей молекулярные коллоиды, на фоне других систем, которые были рассмотрены выше.

В процессе набухания молекулы, образующие растворитель, проникают в твердую толщу полимера и тем самым расталкивают макромолекулы. Последние в связи со своими большими размерами начинают медленно диффундировать в растворы. Внешне это можно наблюдать при увеличении объемной величины полимеров.

Устройство мицеллы

Мицеллы коллоидной системы и их строение будет проще изучить, если рассмотреть образующий процесс. Возьмем для AgI. В данном случае частицы коллоидного типа будут образоваться в ходе следующей реакции:

AgNO 3 +KI à AgI↓+KNO 3

Молекулы иодида серебра (AgI) образуют практически нерастворимые частички, внутри которых кристаллическая решетка будет образована катионами серебра и анионами иода.

Образующиеся частицы поначалу имеют строение аморфного типа, однако далее, по мере протекания их постепенной кристаллизации, приобретают постоянное устройство внешнего вида.

Если взять AgNO 3 и KI в соответственных эквивалентах, то кристаллические частицы будут расти и достигать значительных размеров, превосходящих даже величину самой коллоидной частицы, а далее быстро выпадать в осадок.

Если взять одно из веществ с избытком, то можно искусственно сделать из него стабилизатор, который будет сообщать об устойчивости коллоидных частиц иодида серебра. В случае чрезмерного количества AgNO 3 раствор будет содержать в себе больше положительных ионов серебра и NO 3 - . Важно знать о том, что процесс формирования кристаллических решеток AgI подчиняется правилу Панета-Фаянса. Следовательно, он способен протекать только в случае наличия ионов, входящих в состав данного вещества, которые в данном растворе представлены катионами серебра (Ag +).

Положительные ионы аргентума будут продолжать достраиваться на уровне формирования кристаллической решетки ядра, прочно входящего в структуру мицеллы и сообщающего об электрическом потенциале. Именно по этой причине ионы, которые используются для достройки ядерной решетки, называют потенциалопределяющими ионами. В ходе образования коллоидной частицы - мицеллы - есть и другие особенности, обуславливающие то или иное течение процесса. Однако здесь было рассмотрено все на примере с упоминанием важнейших элементов.

Некоторые понятия

Термин коллоидной частички тесно связан с адсорбционным слоем, который образуется одновременно с ионами потенциалопределяющего типа, в ходе адсорбции общего количества противоионов.

Гранула - это структура, образованная ядром и адсорбционным слоем. Она обладает электрическим потенциалом такого же знака, которым наделен Е-потенциал, однако его величина будет меньшей и зависит от исходной величины противоионов в слое адсорбции.

Слипание коллоидных частиц является процессом, который именуют коагуляцией. В дисперсных системах она приводит к образованию из мелких частичек более крупных. Процесс характеризуется сцеплением между маленькими структурными компонентами с образованием коагуляционных структур.