Мицеллы. Строение коллоидных мицелл

Молекул. Как пример можно привести мицеллы додецилсульфата в воде. Раствор ПАВ, в котором мицеллы находятся в равновесии с одиночными неассоциированными молекулами - мономерами - называется мицеллярным раствором.

Переход к мицеллообразованию происходит в узком интервале концентраций, и его можно трактовать как фазовый переход 2-го рода . Причиной мицеллообразования в водных растворах является гидрофобный эффект, а в средах из неполярных молекул - взаимное притяжение полярных групп молекул ПАВ. Ниже определённой температуры (точки Крафта) образование мицелл не происходит, а при увеличении концентрации ПАВ наблюдается кристаллизация . При приближении концентрации ПАВ к критической концентрации мицеллообразования происходит резкое изменение свойств раствора: электропроводности , поверхностного натяжения , коэффициента рассеяния света и т. д.

Мицеллярные системы вызывают большой интерес как с точки зрения различных физико-химических технологических приложений (см. например мицеллярный катализ), так и своеобразия самого механизма мицеллообразования. В частности, этот интерес связан с полиморфизмом мицелл - способностью молекул ПАВ образовывать агрегаты различной формы - сферической, цилиндрической, нитевидной. Одним из важных свойств, вытекающим непосредственно из строения молекул ПАВ является солюбилизация . Применение свойства солюбилизации - это эмульсионная полимеризация , изготовление пищевых продуктов, получение фармацевтических препаратов .

История

Способность молекул ПАВ в растворе образовывать мицеллы известна уже более ста лет и широко применяется в современном мире. Первую работу по этой теме в начале 20 века выполнил канадский химик Джеймс Уильям МакБейн. Уже в 1913 году он постулировал существование мицелл для объяснения хорошей электролитической проводимости растворов пальмитиновой кислоты . Тем не менее, основы теоретического описания кинетики мицеллообразования были заложены значительно позже - в 70-х годах прошлого века - в работах Анианссона . За последние семнадцать лет кинетическая теория мицеллообразования была значительно расширена, углублена и представлена в терминах теории агрегационных процессов на основе разностных и континуальных кинетических уравнений Беккера-Дёринга и обобщенных кинетических уравнений Смолуховского.

Видео по теме

Применение

Применение явления мицеллообразования непосредственно связано с применением ПАВ в быту, науке и промышленности:

Строение мицелл

В каждой молекуле длинный гидрофобный радикал связан с полярной (гидрофильной) группой. При образовании мицеллы молекулы объединяются так, что гидрофобные радикалы образуют ядро (внутреннюю область), а гидрофильные группы - поверхностный слой мицеллы. Минимальную концентрацию поверхностно-активных веществ в растворе, при которой в системе образуются устойчивые мицеллы, находящиеся в равновесии с неассоциированными молекулами поверхностно-активного вещества, называют критической концентрацией мицеллообразования . Если дисперсионной средой является органическая жидкость, ориентация молекул в мицелле может быть обратной: ядро содержит полярные группы, а гидрофобные радикалы обращены во внешнюю фазу (обратная мицелла) . частицы в коллоидных системах , состоящие из нерастворимого в данной среде ядра очень малого размера, окружённого стабилизирующей оболочкой адсорбированных ионов и молекул растворителя . Например, мицелла сульфида мышьяка имеет строение:

{(As 2 S 3) m nHS − (n-x)H + } x- хН +

Средний размер мицелл от 10 −7 до 10 −5 см.

Полиморфизм мицелл

Мицеллы могут существовать в состояниях с различными равновесными структурами и в различных внешних формах, устойчивых при различных концентрациях ПАВ в мицеллярном растворе .

При концентрациях ПАВ, меньших первой критической концентрации (ККМ1), на границе раздела между полярной и неполярной средами образуется монослой из молекул ПАВ - "частокол Лэнгмюра ". При концентрациях ПАВ близких к ККМ1 в растворе начинают формироваться сферические мицеллы. Далее, с увеличением концентрации ПАВ строение мицелл усложняется: сферические превращаются в глобулярные (сплюснутые с полюсов сферы) и затем, при достижении второй критической концентрации (ККМ2) - в цилиндрические мицеллы. При дальнейшем повышении концентрации последовательно начинают формироваться более сложные мицеллярные структуры, элементы которых также являются мицеллами - супермицеллы . И наконец, при дальнейшем увеличении ПАВ в растворе не только изменяется форма и увеличивается размеры мицелл, но и происходит их активное объединение в один большой кластер. Это явление называется гелеобразованием .

Кинетика мицеллообразования

Эволюция концентрации мицелл описывается в терминах теории агрегационных процессов на основе

Материал из Википедии - свободной энциклопедии

Мицеллы (уменьшительное от лат. mica «частица, крупинка») - частицы в коллоидных системах , состоящие из нерастворимого в данной среде ядра очень малого размера, окружённого стабилизирующей оболочкой адсорбированных ионов и молекул растворителя . Например, мицелла сульфида мышьяка имеет строение:

{(As 2 S 3) m nHS − (n-x)H + } x- хН +

Средний размер мицелл от 10 −5 до 10 −7 см.

Известно, что нерастворимые твёрдые вещества могут образовывать мельчайшие частицы в растворителе (мицеллы). Такие частицы проходят через фильтр и настолько лёгкие, что не выпадают в осадок. Такие частицы называют коллоидными, а растворы - коллоидными растворами (золями). К мицеллам относят также частицы в растворах поверхностно-активных веществ (ПАВ) , называемых лиофильными коллоидами. Например, мицеллы додецилсульфата в воде.

В лиофильных золях мицелла представляет собой ассоциат молекул (агрегаты , состоящие из десятка и сотен амфифильных молекул). В каждой молекуле длинный гидрофобный радикал связан с полярной (гидрофильной) группой. При образовании мицеллы несколько десятков или сотен молекул объединяются так, что гидрофобные радикалы образуют ядро (внутреннюю область), а гидрофильные группы - поверхностный слой мицеллы. Минимальную концентрацию поверхностно-активных веществ в растворе, при которой в системе образуются устойчивые мицеллы, находящиеся в равновесии с неассоциированными молекулами поверхностно-активного вещества, называют критической концентрацией мицеллообразования. Если дисперсионной средой является органическая жидкость, ориентация молекул в мицелле может быть обратной: ядро содержит полярные группы, а гидрофобные радикалы обращены во внешнюю фазу (обратная мицелла) .

В лиофобных гидрозолях, стабилизованных электролитами, ядро мицеллы окружено двумя слоями противоположно заряженных ионов, то есть двойным электрическим слоем . Диффузный слой ионов препятствует сближению и агрегированию (сцеплению) частиц.

Примеры

Трёхкомпонентная микроэмульсия en , созданная в 1980-х гг. в Университете Нанси I в качестве экспериментального кислородопереносчика , содержала мицеллы в форме эллипсоида с размерами 100×300 и составом en из 2000 молекул ПФД en , окружённых 1200 молекулами ПАВ ; при этом на одну молекулу ПАВ приходилось до 20 присоединённых молекул воды.

См. также

Напишите отзыв о статье "Мицеллы"

Примечания

Литература

Отрывок, характеризующий Мицеллы

– De la Moskowa! [Под Москвою!] – повторил Наполеон, и, пригласив к своей прогулке господина Боссе, любившего путешествовать, он вышел из палатки к оседланным лошадям.
– Votre Majeste a trop de bonte, [Вы слишком добры, ваше величество,] – сказал Боссе на приглашение сопутствовать императору: ему хотелось спать и он не умел и боялся ездить верхом.
Но Наполеон кивнул головой путешественнику, и Боссе должен был ехать. Когда Наполеон вышел из палатки, крики гвардейцев пред портретом его сына еще более усилились. Наполеон нахмурился.
– Снимите его, – сказал он, грациозно величественным жестом указывая на портрет. – Ему еще рано видеть поле сражения.
Боссе, закрыв глаза и склонив голову, глубоко вздохнул, этим жестом показывая, как он умел ценить и понимать слова императора.

Весь этот день 25 августа, как говорят его историки, Наполеон провел на коне, осматривая местность, обсуживая планы, представляемые ему его маршалами, и отдавая лично приказания своим генералам.
Первоначальная линия расположения русских войск по Ко лоче была переломлена, и часть этой линии, именно левый фланг русских, вследствие взятия Шевардинского редута 24 го числа, была отнесена назад. Эта часть линии была не укреплена, не защищена более рекою, и перед нею одною было более открытое и ровное место. Очевидно было для всякого военного и невоенного, что эту часть линии и должно было атаковать французам. Казалось, что для этого не нужно было много соображений, не нужно было такой заботливости и хлопотливости императора и его маршалов и вовсе не нужно той особенной высшей способности, называемой гениальностью, которую так любят приписывать Наполеону; но историки, впоследствии описывавшие это событие, и люди, тогда окружавшие Наполеона, и он сам думали иначе.
Наполеон ездил по полю, глубокомысленно вглядывался в местность, сам с собой одобрительно или недоверчиво качал головой и, не сообщая окружавшим его генералам того глубокомысленного хода, который руководил его решеньями, передавал им только окончательные выводы в форме приказаний. Выслушав предложение Даву, называемого герцогом Экмюльским, о том, чтобы обойти левый фланг русских, Наполеон сказал, что этого не нужно делать, не объясняя, почему это было не нужно. На предложение же генерала Компана (который должен был атаковать флеши), провести свою дивизию лесом, Наполеон изъявил свое согласие, несмотря на то, что так называемый герцог Эльхингенский, то есть Ней, позволил себе заметить, что движение по лесу опасно и может расстроить дивизию.
Осмотрев местность против Шевардинского редута, Наполеон подумал несколько времени молча и указал на места, на которых должны были быть устроены к завтрему две батареи для действия против русских укреплений, и места, где рядом с ними должна была выстроиться полевая артиллерия.
Отдав эти и другие приказания, он вернулся в свою ставку, и под его диктовку была написана диспозиция сражения.
Диспозиция эта, про которую с восторгом говорят французские историки и с глубоким уважением другие историки, была следующая:
«С рассветом две новые батареи, устроенные в ночи, на равнине, занимаемой принцем Экмюльским, откроют огонь по двум противостоящим батареям неприятельским.
В это же время начальник артиллерии 1 го корпуса, генерал Пернетти, с 30 ю орудиями дивизии Компана и всеми гаубицами дивизии Дессе и Фриана, двинется вперед, откроет огонь и засыплет гранатами неприятельскую батарею, против которой будут действовать!
24 орудия гвардейской артиллерии,
30 орудий дивизии Компана
и 8 орудий дивизии Фриана и Дессе,
Всего – 62 орудия.
Начальник артиллерии 3 го корпуса, генерал Фуше, поставит все гаубицы 3 го и 8 го корпусов, всего 16, по флангам батареи, которая назначена обстреливать левое укрепление, что составит против него вообще 40 орудий.
Генерал Сорбье должен быть готов по первому приказанию вынестись со всеми гаубицами гвардейской артиллерии против одного либо другого укрепления.
В продолжение канонады князь Понятовский направится на деревню, в лес и обойдет неприятельскую позицию.
Генерал Компан двинется чрез лес, чтобы овладеть первым укреплением.
По вступлении таким образом в бой будут даны приказания соответственно действиям неприятеля.

Лекция 21. Строение мицелл гидрофобных золей

Вопросы для самопроверки

1. Назовите основные методы получения коллоидных систем.

2. Поясните сущность дисперсионных и конденсационных методов получения коллоидных растворов, приведите примеры.

3. В чем заключается сущность электрохимических явлений? Рассмотрите явление электрофореза и электроосмоса.

4. Объясните, какова природа эффектов Дорна и Квинке. Как они возникают?

5. Назовите главную причину наличия электрокинетических явлений у дисперсных систем.

6. Изложите краткие сведения о современной теории строения двойного электрического слоя.

7. Дайте определение понятия “электрокинетический потенциал”.

21.1 Строение мицелл коллоидных растворов.

21.2 Очистка коллоидных систем.

21.3 Агрегативная и седиментационная устойчивость дисперсных систем.

Советские и зарубежные ученые (А.В.Думанский, Н.Н.Песков, А.Н.Фрумкин, Веймарн, Паули и др.) на основе теории двойного электрического слоя создали так называемую мицеллярную теорию строения коллоидных частиц. Первоначально представления о мицеллярном строении частиц распространялись на все коллоидные растворы, в том числе и на лиофильные золи. Однако последующие исследования показали, что лиофильные золи (точнее растворы высокомолекулярных и высокополимерных соединений) имеют другое, отличное от лиофобных золей строение. В настоящее время мицеллярная теория строения коллоидных частиц сохраняет свое значение только для лиофобных (гидрофобных) золей.

Всякий лиофобный коллоидный раствор состоит из двух частей: мицелл и интермицеллярной жидкости. Мицеллы – это отдельные коллоидные частицы, которые в совокупности составляют дисперсную фазу золя, а интермицеллярная жидкость – это дисперсионная среда этого же золя, которая включает помимо среды-растворителя, все другие растворенные в ней вещества (электролиты и неэлектролиты), которые непосредственно не входят в состав мицелл.

Коллоидная мицелла имеет значительно более сложное строение, чем обычные молекулы. В ней различают две основные части: внутреннюю – нейтральную, обычно называемую ядром, и внешнюю – ионогенную, в свою очередь, состоящую из двух слоев (адсорбционного и диффузного). Адсорбционный слой слагается из слоя потенциалопределяющих ионов, адсорбированных на поверхности ядра и сообщающих ему свой заряд и части противоионов, проникших за плоскость скольжения и наиболее прочно связанных электростатическими силами притяжения. Вместе с ядром адсорбционный слой образует гигантских размеров многозарядный ион, называемый гранулой . Диффузный слой, расположенный за плоскостью скольжения, в отличие от адсорбционного не имеет в дисперсионной среде резко очертанной границы. Этот слой состоит из противоионов, общее число которых равняется в среднем разности между всем числом потенциалопределяющих ионов и числом противоионов, находящихся в абсорбционном слое.

Гранула вместе с диффузным слоем противоионов составляет коллоидную частицу – мицеллу . Мицелла всегда электронейтральна. Известно, что противоионами могут служить любые ионы тех электролитов, которые участвуют в реакциях при получении данного золя или присутствуют как посторонние примеси.

В качестве примера рассмотрим получение гидрозоля иодида серебра методом конденсации. Оно основано на химической реакции:

AgNO 3 + KI → AgI + KNO 3

Ядро коллоидной мицеллы в данном случае будет состоять из нейтральных молекул AgI. В зависимости от относительной концентрации реагирующих веществ может быть три случая.

1. Концентрация AgNO 3 больше концентрации KI, нитрат серебра является стабилизатором золя.

nAgNO 3 → nAg + + nNO 3 −

Схема строения мицеллы золя иодида серебра имеет вид:

Коллоидная частица золя имеет положительный заряд (x +). Граница скольжения, по которой мицелла разрывается при движении в электрическом поле, лежит между коллоидной частицей и диффузным слоем.

Рис. 21.1 Схема строения мицеллы золя иодида серебра

2. Концентрация KI больше концентрации AgNO 3 , иодид калия является стабилизатором золя.

nKI → nK + + nI −

Схема строения мицеллы золя иодида серебра:

Коллоидная частица золя имеет отрицательный заряд (x −).

3. Концентрации нитрата серебра и иодида калия равны. В этом случае золь находится в изоэлектрическом состоянии, т.е. в состоянии, при котором электрокинетический потенциал (дзета-потенциал) ζ = 0. В этом случае противоионы диффузного слоя мицеллы переходят в адсорбционный слой и коллоидная частица лишена заряда.

Например:

а) { nAg + ∙ nNO 3 − } 0

б) { nI − ∙ nK + } 0

В коллоидной химии различают следующие виды пептизации:

а) адсорбционную;

б) диссолюционную;

в) промывание осадка растворителем.

Рассмотрим получение золей методом пептизации на примерах:

получение золей берлинской лазури адсорбционной пептизацией.

Приготовим осадок берлинской лазури KFe:

K 4 Fe(CN) 6 + FeCI 3 → KFe ↓ + 3KCI

свежий осадок

Добавим к образовавшемуся осадку электролит FeCI 3 (пептизатор) – образуется золь, структурная единица дисперсионной фазы которого называется мицеллой.

Как происходит образование мицеллы? Ионы Fe 3+ (потенциалопределяющие ионы) адсорбируются на поверхности частиц осадка m KFe, заряжая их положительно, к положительно заряженной поверхности образовавшегося ядра мицеллы притягиваются ионы противоположного знака – противоионы (ионы CI −). Часть этих ионов, составляющая адсорбционный слой, прочно удерживается у поверхности ядра за счет электростатических и адсорбционных сил. Ядро вместе с адсорбционным слоем составляет коллоидную частицу. Остальные противоионы связаны с ядром только электростатическими силами. Эти противоионы образуют диффузный слой. Наличие заряда у коллоидных частиц приводит к их отталкиванию и обеспечивает устойчивость золя.

Мицеллу золя берлинской лазури можно представить в виде круговой схемы:

Рис. 21.2 Схема строения мицеллы золя берлинской лазури.

Как следует из данных рисунка и приведенной выше структурной формулы мицеллы, на поверхности твердых частиц осадка располагаются противоположные по знаку заряда ионы, которые пространственно разделены. Эти ионы образуют двойной электрический слой.

Если для получения золя берлинской лазури берется некоторый избыток желтой кровяной соли, то стабилизатором золя будет K 4 .

Процесс получения золя может быть представлен уравнением реакции:

3K 4 + 4FeCI 3 → Fe 4 ↓ + 12KCI

Стабилизатор золя n K 4 → 4nK + + 4−

Мицеллы данного золя выражаются формулой:

{ 3 ] n 4− ∙ 4(n−x)K + } 4x− 4xK + ,

а коллоидные частицы имеют отрицательный заряд (ПОИ 4−).

Диссолюционная пептизация отличается от адсорбционной только отсутствием в готовом виде электролита-пептизатора. Рассмотрим на примере получения золя гидроксида железа.

{∙nFeO + ∙ (n−x)CI} x+ ∙xCI − .

Метод промывания осадка растворителем используется, если осадок получен при значительном избытке одного из реагентов. Это вызывает сжатие двойного электрического слоя. Ионы диффузного слоя проникают в адсорбционный и в результате заряд коллоидной частицы становится равным нулю:

{∙nFe 3+ ∙3nCI − } 0 .

После промывания осадка растворителем мицеллы будут иметь вид:

{∙nFe 3+ ∙3(n−x)CI − } 3х+ 3х CI − .

Химический метод конденсации основан на реакциях, приводящих к возникновению твердого продукта. Это реакции:

а) восстановления. Например, получение золей золота и серебра при взаимодействии солей этих металлов с восстановителями:

2KAuO 2 + 3HCHO + K 2 CO 3 → 2Au + 3HCOOK + KHCO 3 + H 2 O.

{∙nAuO 2 − ∙(n−x)K + } x− ∙xK + − мицелла золя золота.

б) окисления. Например, получение золя серы:

H 2 S +½O 2 → S + H 2 O

Параллельно протекают более сложные процессы, приводящие к образованию политионовых кислот H 2 S 5 O 6 , являющихся стабилизаторами. Строение мицеллы полученного золя можно представить следующей формулой:

{∙nS 5 O 6 2− ∙2(n−x)H + } 2x− ∙2xH +

в) гидролиза. Например, красно-бурый золь гидроксида железа получается, если в кипящую воду добавить небольшое количество хлорида железа:

FeCI 3 + 3H 2 O → Fe(OH) 3 + 3HCI

Потенциалопределяющие ионы: Fe 3+ ,FeO+,H + .Таким образом, мицелла золя

Fe(OH) 3 в соответствии с тем, какой ион является стабилизатором, может быть выражена формулами:

{∙nFeO + ∙(n−x)CI} x+ ∙ xCI − ,

{∙nFe 3+ ∙3(n−x)CI − } 3x+ ∙ 3xCI −

{∙nH + ∙(n−x)CI} x+ ∙ xCI – .

г) обмена. Например, получение золя сульфата бария.

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

Примером получения коллоидных систем кристаллизацией является кристаллизация из пересыщенного раствора сахарозы в производстве сахара. Процесс десублимации имеет место при образовании облаков, когда в условиях переохлажденного состояния из водяных паров образуется сразу кристаллики, а не капли воды.

Состоят из нерастворимого в данной среде ядра очень малого размера, окруженного стабилизирующей оболочкой адсорбированных ионов и молекул растворителя . Например, мицелла сульфида мышьяка имеет строение:

{(As 2 S 3) m nHS − (n-x)H + } x- хН +

Средний размер мицелл от 10 −5 до 10 −7 см.

К мицеллам относят также частицы в растворах поверхностно-активных веществ (ПАВ) , называемых лиофильными коллоидами. Например, мицеллы додецилсульфата в воде. В лиофильных золях мицелла представляет собой ассоциат молекул (агрегаты , состоящие из десятка и сотен амфильных молекул). В каждой молекуле длинный гидрофобный радикал связан с полярной (гидрофильной) группой. При образовании мицеллы несколько десятков или сотен молекул объединяются так, что гидрофобные радикалы образуют ядро (внутреннюю область), а гидрофильные группы - поверхностный слой мицеллы. Минимальную концентрацию поверхностно-активных веществ в растворе, при которой в системе образуются устойчивые мицеллы, находящиеся в равновесии с неассоциированными молекулами поверхностно-активного вещества, называют критической концентрацией мицеллоообразования. Если дисперсионной средой является органическая жидкость, ориентация молекул в мицелле может быть обратной: ядро содержит полярные группы, а гидрофобные радикалы обращены во внешнюю фазу (обратная мицелла) .

Литература

Захарченко В. Н. Коллоидная химия: Учеб. для для медико-биолог. спец. вузов. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 1989. - 238 с.: ил.
Суздалев И. П. Нанотехнология: физико-химия нанокластеров, наноструктур и наноматериалов. - М.: КомКнига, 2006. - 592 с.
Evans D., Wennerstrom H. The Colloidal Domain: Where Physics, Chemistry, Biology, and Technology Meet. 2nd ed. - N.Y.: Wiley, 1994. - 672 p.
IUPAC. Compendium of Chemical Terminology. 2nd ed. (the «Gold Book») / Compiled by A.D. McNaught, A. Wilkinson. - Oxford: Blackwell Scientific Publications, 1997. XML on-line corrected version: goldbook.iupac.org, 2006. Created by M. Nic, J. Jirat, B. Kosata. Updates compiled by A. Jenkins. Last update 07.09.2009.

Примечания

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Мицеллы" в других словарях:

Частицы дисперсной фазы в коллоид. растворах размером от 10 5 до 10 7 см. Состоят из нерастворимого в данной среде ядра, окруженного двойным электрическим слоем ионов. Один слой ионов, т. н. адсорбционный, находится на поверхности ядра, сообщая… … Геологическая энциклопедия

мицеллы - – сольватированные частицы дисперсной фазы золя, состоящие из твердого агрегата и двойного электрического слоя. Общая химия: учебник / А. В. Жолнин … Химические термины

мицеллы - Micelles Мицеллы Частицы в коллоидных системах, состоят из нерастворимого в данной среде ядра малого размера, окруженного стабилизирующей оболочкой адсорбированных ионов и молекул растворителя. Например, мицелла сульфида мышьяка имеет… … Толковый англо-русский словарь по нанотехнологии. - М.

МИЦЕЛЛЫ - (от латинского mica крошка, крупица) частицы малых размеров в жидких коллоидных системах. Представляют собой комплекс из заряженных ионов (двойной электрический слой), уравновешивающих друг друга таким образом, что в целом мицеллы… … Металлургический словарь

Коллоидные системы чрезвычайно важны в жизни любого человека. Это связано не только с тем, что практически все биологические жидкости в живом организме образуют коллоиды. Но и многие природные явления (туман, смог), почва, минералы, продукты питания, лекарственные средства тоже являются коллоидными системами.

Единицей таких образований, отражающих их состав и специфические свойства, принято считать макромолекулу, или мицеллу. Строение последней зависит от ряда факторов, но это всегда многослойная частица. Современной молекулярно-кинетической теорией коллоидные растворы рассматриваются в качестве частного случая истинных растворов, с более крупными частицами растворенного вещества.

Способы получения коллоидных растворов

Строение мицеллы, образующейся при возникновении коллоидной системы, отчасти зависит и от механизма этого процесса. Методы получения коллоидов делят на две принципиально разные группы.

Диспергационные методы связаны с измельчением довольно крупных частиц. В зависимости от механизма этого процесса различают следующие способы.

Размол. Может осуществляться сухим или мокрым способом. В первом случае твердое вещество сначала измельчают, а уже затем прибавляют жидкость. Во втором случае вещество смешивают с жидкостью, и только после этого превращают в однородную смесь. Размол проводят в специальных мельницах.
Набухание. Измельчение достигается благодаря тому, что частицы растворителя проникают внутрь дисперсной фазы, что сопровождается раздвиганием ее частиц вплоть до отрыва.
Диспергирование ультразвуком. Материал, подверженный измельчению, помещают в жидкость и действуют на него ультразвуком.
Диспергирование электрическим током. Востребовано при получении золей металлов. Проводится путем помещения в жидкость электродов из диспергируемого металла с последующей подачей на них высокого напряжения. В результате образуется в которой металл распыляется, а затем конденсируется в раствор.

Эти способы подходят для получения как лиофильных, так и лиофобных коллоидных частиц. Строение мицеллы осуществляется одновременно с разрушением исходной структуры твердого вещества.

Конденсационные методы

Вторая группа методов, основанная на укрупнении частиц, называется конденсационными. Этот процесс может основываться на физических или химических явлениях. К методам физической конденсации относят следующие.

Замена растворителя. Сводится она к переводу вещества из одного растворителя, в котором оно растворяется очень хорошо, в другой, растворимость в котором значительно ниже. В результате этого мелкие частицы объединятся в более крупные агрегаты и возникнет коллоидный раствор.
Конденсация из паров. В качестве примера можно назвать туманы, частицы которых способны оседать на холодных поверхностях и постепенно укрупняться.

К методам химической конденсации относят некоторые химические реакции, сопровождающиеся выпадением осадков комплексной структуры:

Ионный обмен: NaCl + AgNO 3 = AgCl↓ + NaNO 3 .
Окислительно-восстановительные процессы: 2H 2 S + O 2 = 2S↓ + 2H 2 O.
Гидролиз: Al 2 S 3 + 6H 2 O = 2Al(OH) 3 ↓ + 3H 2 S.

Условия проведения химической конденсации

Строение мицелл, образующихся в ходе этих химических реакций, зависит от избытка или недостатка участвующих в них веществ. Также для появления коллоидных растворов необходимо соблюдать ряд условий, предотвращающих выпадение в осадок труднорастворимого соединения:

содержание веществ в смешиваемых растворах должно быть низким;
скорость их смешивания должна быть невысокой;
один из растворов должен быть взят в избытке.

Строение мицеллы

Основной частью мицеллы является ядро. Оно образовано большим числом атомов, ионов и молекул нерастворимого соединения. Обычно ядро характеризуется кристаллическим строением. Поверхность ядра имеет запас свободной энергии, позволяющей избирательно адсорбировать ионы из окружающей среды. Процесс этот подчиняется правилу Пескова, которое гласит: на поверхности твердого вещества преимущественно адсорбируются те ионы, которые способны достраивать его же кристаллическую решетку. Это возможно в том случае, если эти ионы родственные или сходные по природе и форме (размерам).

В ходе адсорбции на ядре мицеллы образуется слой положительно или отрицательно заряженных ионов, называемых потенциалопределяющими. Благодаря электростатическим силам полученный заряженный агрегат притягивает из раствора противоионы (ионы с противоположным зарядом). Таким образом, имеет многослойное строение. Мицелла приобретает диэлектрический слой, построенный из двух типов противоположно заряженных ионов.

Гидрозоль BaSO4

В качестве примера удобно рассмотреть строение мицеллы в коллоидном растворе, приготовленном в избытке хлорида бария. Этому процессу соответствует уравнение реакции:

BaCl 2(p) + Na 2 SO 4(p) = BaSO 4(т) + 2NaCl (p) .

Малорастворимый в воде сульфат бария образует микрокристаллический агрегат, построенный из m-ного числа молекул BaSO 4 . Поверхностью этого агрегата адсорбируется n-ное количество ионов Ва 2+ . Со слоем потенциалопределяющих ионов связано 2(n - x) ионов Cl - . А остальная же часть противоионов (2x) расположена в диффузном слое. То есть гранула данной мицеллы будет положительно заряженной.

Если же в избытке взят сульфат натрия, то потенциалопределяющими ионами будут ионы SO 4 2- , а противоионами - Na + . В этом случае заряд гранулы будет отрицательным.

Этот пример наглядно демонстрирует, что знак заряда гранулы мицеллы напрямую зависит от условий ее получения.

Запись мицеллы

Предыдущий пример показал, что мицелл и формула, его отражающая, определяется тем веществом, которое взято в избытке. Рассмотрим способы записи названия отдельных частей коллоидной частицы на примере гидрозоля сульфида меди. Для его приготовления в избыточное количество раствора хлорида меди медленно приливают раствор сульфида натрия:

CuCl 2 + Na 2 S = CuS↓ + 2NaCl.

Строение мицеллы CuS, полученной в избытке CuCl 2 , записывается следующим образом:

{·nCu 2+ ·xCl - } +(2n-x) ·(2n-x)Cl - .

Структурные части коллоидной частицы

В записывают формулу труднорастворимого соединения, являющегося основой всей частицы. Ее принято называть агрегатом. Обычно число молекул, составляющих агрегат, записывают латинской буквой m.

Потенциалопределяющие ионы содержатся в избыточном количестве в растворе. Они располагаются на поверхности агрегата, а в формуле их записывают сразу за квадратными скобками. Число этих ионов обозначают символом n. Название этих ионов говорит о том, что их заряд определяет заряд гранулы мицеллы.

Гранула образована ядром и частью противоионов, находящихся в адсорбционном слое. Величина заряда гранулы равняется сумме зарядов потенциалопределяющих и адсорбированных противоионов: +(2n - x). Оставшаяся часть противоионов находится в диффузном слое и компенсирует заряд гранулы.

Если бы в избытке взяли Na 2 S, то для образовавшейся коллоидной мицеллы схема строения имела бы вид:

{∙nS 2- ∙xNa + } -(2n - x) ∙(2n - x)Na + .

Мицеллы поверхностно-активных веществ

В том случае если концентрация поверхностно-активных веществ (ПАВ) в воде слишком высока, могут начать формироваться агрегаты из их молекул (или ионов). Эти укрупненные частицы имеют форму сферы и называются мицеллами Гартли - Ребиндера. Стоит отметить, что такой способностью обладают далеко не все ПАВ, а только те, у которых соотношение гидрофобной и гидрофильной частей оптимально. Это соотношение называется гидрофильно-липофильным балансом. Также немалую роль играет способность их полярных групп защищать углеводородное ядро от воды.

Агрегаты молекул ПАВ образуются по определенным законам:

в отличие от низкомолекулярных веществ, агрегаты которых могут включать различное число молекул m, существование мицелл ПАВ возможно со строго определенным числом молекул;
если для неорганических веществ старт мицеллообразования обусловлен пределом растворимости, то для органических поверхностно-активных веществ он определяется достижением критических концентраций мицеллообразования;
сначала в растворе увеличивается число мицелл, а затем происходит увеличение их размеров.

Влияние концентрации на форму мицеллы

На строение мицелл ПАВ оказывает влияние их концентрация в растворе. При достижении некоторых ее значений, коллоидные частицы начинают друг с другом взаимодействовать. Это приводит к изменению их формы следующим образом:

сфера превращается в эллипсоид, а затем в цилиндр;
высокая концентрация цилиндров ведет к формированию гексагональной фазы;
в некоторых случаях возникает ламелярная фаза и твердый кристалл (частицы мыла).

Виды мицелл

По особенностям организации внутренней структуры выделяют три типа коллоидных систем: суспензоиды, мицеллярные коллоиды, молекулярные коллоиды.

Суспензоидами могут быть необратимые коллоиды, а также лиофобные коллоиды. Эта структура характерна для растворов металлов, а также их соединений (различных оксидов и солей). Строение дисперсной фазы, образованной суспензоидами, не отличается от структуры компактного вещества. Она имеет молекулярную или ионную кристаллическую решетку. Отличие от суспензий заключается в более высокой дисперсности. Необратимость проявляется в способности их растворов после выпаривания образовывать сухой осадок, который невозможно превратить в золь простым растворением. Лиофобными их называют из-за слабого взаимодействия между дисперсной фазой и дисперсионной средой.

Мицеллярными коллоидами являются растворы, коллоидные частицы которых возникают при слипании дифильных молекул, содержащих полярные группы атомов и неполярные радикалы. Примером являются мыла и ПАВ. Молекулы в таких мицеллах удерживаются дисперсионными силами. Форма этих коллоидов может быть не только сферической, но и пластинчатой.

Молекулярные коллоиды вполне устойчивы без стабилизаторов. Их структурными единицами являются отдельные макромолекулы. Форма частицы коллоида может варьироваться в зависимости от свойств молекулы и внутримолекулярных взаимодействий. Так линейная молекула может образовывать стержень или клубок.