Гетерокоагуляциянаблюдается при смешивании золей с разноименно заряженными частицами.
Механизм: при перекрывании двойных слоев коллоидных частиц с разными знаками происходит электростатическое притяжение и быстрая агрегация золя.
Наиболее полно взаимная коагуляция происходит тогда, когда заряды коллоидов, противоположные по знаку, равны между собой. Явление взаимной коагуляции играет важную роль в процессах образования почв, очистки воды и т.п.
Так, взаимная коагуляция применяется при осветлении плодово-ягодных экстрактов. Осветление, как полагают, происходит вследствие взаимодействия положительно заряженных коллоидных частичек сока с коллоидными отрицательно заряженными частицами бентонита, вводимого в систему.
Коагуляция смесью электролитовимеет большое практическое значение, т.к. в любых растворах всегда есть смесь электролитов.
С2,%
100 2
50 100 С1, %
1. аддитивность коагулирующего действия
2. антогонизм (для начала быстрой коагуляции требуется смеси больше, чем для каждого электролита в отдельности) это может быть при взаимодействии электролитов между собой.
3. синергизм электролитов – при более эффективном действии смеси.
Коллоидная защита
Коллоидная защита – повышение агрегативной устойчивости лиофобных золей (увеличение γ и неподчинение правилу Шульце-Гарди).
Обычно проявляется в присутствии белков, углеводов и т.д.
Количественно выражается защитным числом – мг сухого вещества (ВМВ), защищающего 10 мл золя от коагуляции при добавлении к нему 1 мл 10% раствора NaCl.
Оно может быть «золотым» (золь золота), «железным», «оловянным» и т.д.
Наиболее сильное действие наблюдается у желатина, казеина (0,01 – 0,1 г), более слабый – крахмал, декстрин (20-45).
Механизм:
Макромолекулы ВМС адсорбируются на поверхности частиц, создавая адсорбционно-сольватные слои, которые повышают лиофильность коллоидных частиц, они обеспечивают большое расклинивающее давление при сближении двух частиц.
Защитное действие усиливается, если в адсорбционном слое образуется гелеобразная структура.
Этот принцип коллоидной защиты используется при получении колларгола, золей серебра, золота. Белки крови защищают капельки жиров холестерина от коагуляции. Ослабление защитной функции ведет к отложению холестерина на стенках сосудов, образованию камней в почках.
К лаб.практикуму:
Обычно в лабораторном практикуме для изучения закономерностей электролитной коагуляции используют гидрозоль Fe(OH)3. Золь синтезируют методом химической конденсации - гидролизом хлорида железа при длительном его кипячении. При этом происходит изменение окраски раствора: жёлтый цвет истинного раствора FeCl3 переходит в оранжевый – цвет коллоидного раствора (золя) Fe(OH)3:
FeCl3 + 3H2O = Fe(OH)3¯ + 3HCl
Реакция гидролиза FeCl3 идет интенсивно с образованием высокодисперсных практически нерастворимых в воде частиц Fe(OH)3.
Агрегативная устойчивость такого золя обеспечивается ионным фактором устойчивости. Потенциалопределяющими (неиндифферентными) ионами при данном методе получения золя являются ионы Fe(ОН)2+, противоионами - ионы Cl- и формула мицеллы золя имеет вид:
{m[Fe(OH)3] nFe(ОН)2+ (2n-x)Cl-}х+ xCl-
1агрегат3
1ядро мицеллы3
1коллоидная частица43
14444 мицелла44443
Здесь m обозначает число ионных пар Fe(OH)3, образовавших твердую фазу (агрегат); n – число адсорбированных потенциалопределяющих ионов железа (III); 2n – общее число противоионов, необходимое для компенсации заряда потенциалопределяющих ионов; х – число противоионов, перешедшее из адсорбционного слоя противоионов в диффузионный слой. Таким образом, электростатический заряд, обеспечивающий j0-потенциал, в данном случае равен «2n+», а электрокинетический потенциал – «+х».
В процессе коагуляции золя Fe(OH)3 образуются сравнительно небольшие по размерам седиментационно - устойчивые агрегаты. Что приводит к повышению светорассеяния системы и, соответственно, - к увеличению её оптической плотности. Поэтому исследование коагуляции в данном случае удобнее всего проводить с помощью турбидиметрического метода, измеряя оптическую плотность растворов золя (см. раздел 6.2).
Большой адсорбционной способностью обладают молекулы поверхностно-активных веществ. Адсорбируясь на поверхности агрегата, эти вещества образуют адсорбционный слой, состоящий из ориентированных молекул. Если молекулы ПАВ диссоциируют при этом на ионы, то у поверхности частицы возникает двойной электрический слой. Строение мицеллы рассмотренного выше полистирольного латекса может быть изображено следующей формулой:
{m[полистирол] nRCOO- (n-x)Na+}x- xNa+
Лекция 12
Лиофильные дисперсные системы. Коллоидные поверхностно-активные вещества
К основным свойствам ПАВ относится снижение поверхностного натяжения на границе раздела фаз. При этом во всем интервале концентраций ПАВ находятся в молекулярно-дисперсном состоянии.
При увеличении углеродной цепи до 8-10 атомов углеродов возникает новое свойство – способность молекул ПАВ объединяться в агрегаты, содержащие десятки молекул и называемые мицеллами, при концентрации, называемой критической концентрацией мицеллообразования (ККМ). В растворе возникает вторая высокодисперсная фаза. Таким коллоидным растворам присуще еще одно свойство – солюбилизация (растворение в мицеллах ПАВ нерастворимых в дисперсионной среде веществ).
Классификация и общая характеристика ПАВ
Истинно растворимые и коллоидные
К первой группе относятся ПАВ с небольшим радикалом, например, низшие спирты, фенолы, кислоты и их соли, амины.
Применяют в качестве смачивателей, вспенивателей, диспергаторов и гидрофобизаторов при флотации и т.д.
По растворимости в среде – жирорастворимые и водорастворимые
По способности к диссоциации в водных растворах
Коллоидные ПАВ
Ионногенные Неионногенные
Катионные ПАВ(образуют ПАВ-катион) не способны к диссоциации
а) соли первичных, вторичных и третичных получают путем присоеди-
алифатических и ароматических аминов нения этиленоксида к спир-
[RNН3]+Cl- там, карбоновым кислотам
б) соли алкилзамещенных аммониевых аминам и др.: оксиэтилиро-
оснований ванные спирты марки ОС
[(СН3)2NR1R2]+Cl- получают по реакции:
С18Н37NН3Cl – октадециламмоний хлорид
RОН + n СН=СН →RО(ОСН2СН2)nН
в) алкилпиридиновые основания О
оксиэтилированные алкилспирты марки ОС
Катионные ПАВ наиболее токсичные и наименее наличие полиоксиэтиленовой цепи
биологически разлагаемые из всех ПАВ; исп. в определяют гидрофильные
качестве фунгицидных, дезинфицирующих веществ, свойства этих ПАВ. Их свойства
и ингибиторов коррозии можно легко регулировать,
изменяя длину цепочки.
Анионные ПАВ(образуют ПАВ-анион) Разлагаются биологически
а) карбоновые кислоты (RCOOH) обладают хорошими моющими свойствами
и их соли (RCOOM): Перспективные оксиэтилированные
C15H33COONa – олеат натрия кислоты RСОО(ОСН2СН2)nН. В них
C17H35COONa – стеарат натрия сод. от 6 до 18 С, а n от 1- 100. Обычно
C17H31COONa – пальмитат натрия это смесь гомологов с разными длинами цепи, которая опр. гидрофильные свойства НИПАВ. Изменяя длину цепи, можно регулировать их кол-хим. свойства. применяют в любых средах, а также в присутствии счолей.
Составляют большую часть мирового производства всех ПАВ,
основа моющих средств. Находят широкое применение соли син-
тетических жирных кислот С7-С17 , заменяющие кислоты раст. и
жив. происхождения. Исп. соли жирных кислот с различными
катионами (2-х и 3-х зарядные исп. в углевод.среде.
В кислых средах эти соли переходят в слабодис. и малораств.
кислоты, что ухудшает их моющие свойства (в кислых и
солевых растворах - жесткой и морской воде).
Мыла с двух- и трёхвалентным катионом (кальциевые,
магниевые, алюминиевые) не растворимы в воде, но
образуют коллоидные системы в углеводородных средах
– используются в консистентных смазках на
минеральном масле,
для стабилизации эмульсий второго рода
б) алкилсульфаты (ROSO2OM)
в) алкиларилсульфонаты (RАrSO2OM)
- эти соли сильных кислот и поэтому могут быть
использованы в кислых и солевых растворах – преимущество
перед а)
Амфолитные ПАВ
алкиламинокислоты содержат две функциональные группы, одна из
которых имеет кислый, другая – основный характер,
например, карбоксильную и аминную группу. В
зависимости от рН среды амфолитные ПАВ обладают
анионактивными или катионактивными свойствами:
щел. кисл.
RNH(CH2)nCOO- ↔ RNH(CH2)nCOOH ↔ RN+H2 (CH2)nCOOH