33. Коллоидные системы. Строение коллоидной частицы. Двойной электрический слой. Электрокинетические явления.
Коллоидные системы - гетерогенные дисперсные системы с размером частиц от 1 до 100нм.
Дисперсные системы - система, состоящая из частиц одной фазы, распределëнных в другой.
Дисперсная фаза - фаза, состоящая из частиц раздробленного вещества.
Дисперсионная среда - среда (растворитель), в котором распределены частицы.
Свойства коллоидных растворов:
Все коллоидные растворы способны рассеивает свет, то есть опалесцировать (конус Тиндаля)
Диффузия частиц в коллоидном растворе протекает медленно.
Коллоидные растворы имею низкое осмотическое давление.
Коллоидные растворы способны к диализу (фильтрации с помощью полупроницаемой мембраны).
Коллоидные растворы не устойчивы, в отличие от истинных.
Коллоидные растворы обнаруживают явление электрофореза (в присутствии электродов частицы расходятся к разным полюсам)
Рассмотрим строение коллоидных частиц на примере золя (дисперсная система твердое вещество – жидкость).
Всякий золь состоит из мицелл, которые составляют дисперсную фазу золя и дисперсионной среды, в состав которой входят растворитель и растворенные в нем электролиты и неэлектролиты.
Мицелла имеет сложное строение. Она состоит из яда, окруженного двойным электрическим слоем. Ядро составляет основную массу мицеллы и представляет собой агрегат из атомов или нейтральных молекул (обычно их число огромно – несколько сотен или тысяч). Ядро имеет кристаллическое строение.
Ядро окружено двойным электрическим слоем, который в свою очередь состоит из адсорбционного и диффузного слоев.
На ядре адсорбируются те ионы, которые входят в состав кристаллической решетки ядра. Они называются потенциалопределяющими ионами.
Они сообщают ядру заряд, вследствие чего вокруг ядра начинают группироваться противоионы, часть из которых располагается близко к ядру и вместе с потенциалопределяющими ионами образует адсорбционный слой.
Ядро + адсорбционный слой образуют гранулу, заряженную вследствие неполной компенсации заряда потенциалопределяющих ионов.
Остальные противоионы распределяются в дисперсионной среде диффузно, т.е. их концентрация по мере удаления от поверхности частицы убывает.
Гранула + диффузный слой противоионов составляют мицеллу. Мицелла электронейтральна.
Электролит, один из ионов которого адсорбирован на ядре, называется стабилизатором (обычно это электролит, который взят в избытке), он сообщает устойчивость коллоидным частицам.
Рассмотрим строение мицелл золя AgI. Его можно получить по реакции:KI + AgNO3 = AgI + KNO3. В зависимости от того, какой реагент взят в избытке, заряд золя будет разный.
При избытке AgNO3формула мицеллы выглядит следующим образом:
{[ m(AgI)nAg+ (n-x)NO3-]х+} xNO3-
m– количество молекул AgI;
n – число потенциалопределяющих ионов, адсорбированных на поверхности ядра;
(n-x)– число противоионов в адсорбционном слое;
x– число противоионов в диффузном слое.
При избытке KI формула мицеллы выглядит следующим образом:
{[ m(AgI) nI- (n-x)K+]х+}x K+
Двойно́й электри́ческий слой (межфазный) (ДЭС) — слой ионов, образующийся на поверхности твёрдого тела в результате адсорбции ионов из раствора, диссоциации поверхностного соединения или ориентирования полярных молекул на границе раздела фаз.
Электрокинетические явления - физические явления переноса (движения) дисперсной фазы либо дисперсионной среды коллоидной системы относительно друг друга, которые происходят под действием приложенного электрического поля
К электрокинетическим явлениям относят процессы, связанные с относительным движением фаз под действием электрического поля и возникновением разности потенциалов при смещении фаз. Они обусловлены взаимосвязью между электрическими и кинетическими свойствами дисперсных систем, т.е.
наличием двойного электрического слоя на границе твердой и жидкой фаз.
Электрокинетические явления, которые возникают под действием внешнего электрического поля называют прямыми или явлениями I рода. К ним относят электрофорез и электроосмос. Эти явления были открыты в 1808 г. Ф.Ф.Рейсом.
Явления II рода или обратные явления. Потенциал протекания обратен электрофорезу, а потенциал седиментации – электроосмосу.
Электроосмос — это движение жидкости через капилляры или пористые диафрагмы (осмос) под влиянием электрического поля. Электроосмос — одно из основных электрокинетических явлений.
Электрофоре́з — это электрокинетическое явление перемещения частиц дисперсной фазы в жидкой или газообразной среде под действием внешнего электрического поля.
Седимента́ция (осаждение) — осаждение частиц в водных или воздушных условиях, в результате чего формируются различные генетические типы осадков. Седиментация происходит под действием гравитационного поля или центробежных сил.