Coagularea particulelor în sisteme coloidale
Stabilitatea agregativă și cinetică a sistemelor coloidale
Sistemele coloidale sunt stabile termodinamic numai relativă. Prin scăderea eficienței factorilor de stabilitate a particulelor se combină pentru a precipita și sistemul se prăbușește. Procesul de asociere și de extindere spontană a particulelor coloidale, urmată de depunerea de agregate de precipitat numit coagulare. Acest proces abordează factorii de stabilitate agregate și cinetică. Stabilitatea agregatelor - este rezistenta la sistemul de procesul de combinare a particulelor în agregate mai mari. Astfel de agregate se stabilească rapid și sistemul se prăbușește. Acest proces are loc, deoarece sistemele coloidale au o energie liberă de suprafață în exces datorită mare suprafața totală a particulelor. În ciocnirea particulelor în timpul mișcării termice este foarte probabil ca adeziunea lor din cauza particulelor intermoleculare normale substanță atracție. suprafața particulei combinație de energie liberă este redusă, iar sistemul în ansamblu devine mai stabilă termodinamic, deoarece suprafața totală a fazei dispersate scade. Totuși asocierea instantanee a particulelor în soluție contracara factorii de stabilitate agregată. De lyophobic coloidal sistemele particulelor se produce la ionii echivalente electrolitice adsorbție cu denumirea particule dobândesc sarcină, se resping reciproc și, astfel, sunt păstrate în soluție. Sistemele coloidale liofilici formate în jurul particulelor mai mare coajă solvat al moleculelor de solvent. Ele nu permit particulelor să se apropie de o mică distanță la care intră în vigoare intermoleculară forțe de atracție. Acești factori de stabilitate - formarea unei taxe datorate adsorbția ionilor și apariția cojilor de solvat - asigură stabilitatea agregativă sistemelor coloidale.
Stabilitatea Kinetic - este stabilitatea sistemelor coloidale împotriva sedimentarea particulelor, care este cauzată de gravitație. factor de stabilitate Kinetic este gradul de fragmentare a particulelor sau disperstnosti. Din ecuațiile Stokes:
S- în care viteza de sedimentare, r- raza particulei, d1 și d2 - particulele coloidale de densitate și un solvent, factor de cadere libera g-, - solvent vâscozității.
Rezultă că cele mai mici particule, mai lent ele se sedimenteze și sistemul coloidal mai stabil.
Coagularea sisteme coloidale poate provoca următoarele efecte:
agitare mecanică, agitare, scuturare soluție coloidală;
adăugarea unui electrolit coagulante;
îndepărtarea stabilizarea electrolit, cum ar fi dializa;
o diferență de potențial externă peste soluția coloidală;
adăugând o altă soluție de particule coloidale de sarcini opuse (coagulare reciprocă).
Mecanismul molecular cinetică de coagulare a particulelor coloidale
Combinații de particule coloidale în coagularea are loc sub acțiunea forțelor normale de atracție intermoleculară - forțele fizice ale Van der Waals. Aceste forțe devin operative numai cu distanțe foarte mici, de ordinul a 10 -8 10 -9 m. Această convergență este posibilă în cursul mișcării termice a particulelor. Prin urmare, toate efectele care cresc viteza și numărul de coliziuni de particule (tremurături, soluție aflată sub agitare, crescând concentrația acestuia) promovează coagularea. Cu toate acestea, contactul apropiat al particulelor împiedică respingerii electrostatice a ionilor adsorbiți și particulele de solvat coajă. Prin urmare, coagularea particulelor aproape întotdeauna necesar pentru a neutraliza pre-încărcare și solvații distrugerea cochilii lor. Acest lucru se realizează prin introducerea în sistem coloidal coagulante de electroliți sau prin îndepărtarea electrolitului de stabilizare. Pentru a începe de coagulare necesară încărcare parțială neutralizarea particulelor, reducându-l la valoarea critică la care energia cinetică a mișcării particulelor este suficientă pentru a depăși repulsia lor electrostatice reziduale și particulele se apropie distanța minimă la care începe să opereze forțe de atracție intermoleculare. Această taxă minimă, prin care devine posibil să se îndepărteze de coagulare critică numit potențial zeta. El este de aproximativ 30 mV.
Prin urmare, în orice caz, coagularea particulelor coloidale se realizează prin mișcare și de coliziune a acestora, iar mecanismul cinetic molecular este o parte integrantă a unui mecanism general de coagulare a particulelor. secvență științifică Smoluchowski constatat mărirea particulelor în timpul de coagulare. Particulele precursoare, numite particule de ordinul unu împreună și formează particule mai mari de ordinul al doilea. De-a lungul timpului, particulele de ordinul doi sunt combinate cu particule de ordinul unu și formează particule mai mari de al treilea ordin, etc. Numărul de particule de ordinul întâi este în continuă scădere, iar numărul de particule din fiecare dintre următoarele creșteri de ordinul unu la zero la un maxim și apoi scade din nou la zero datorită consumului de formare a particulelor de ordin superior. În cele din urmă formează agregate mari în vrac care conțin mai multe particule de diferite ordine de mărime mai mici.
Și mecanismul de coagulare a particulelor coloidale electroliți
coloizi de coagulare provoca orice electroliți în cazul în care nu intră în interacțiune chimică cu particule. Coagularea particulelor începe numai atunci când o anumită concentrație minimă a electrolitului în cenușă. Această cantitate minimă de electrolit în milimoli pentru a fi adăugat la 1 litru de sol pentru a induce coagularea aparent, pragul se numește concentrația electrolitului sau coagularea pragului:
În cazul în care C - pragul de coagulare, Sal. - concentrația molară a soluției de electrolit, vel. - volumul în litri de soluție de electrolit adăugat la sol Vzolya - volum sol coagulabili în litri.
coagulare pragul nu este absolut constantă, deoarece aceasta depinde de metodele de preparare și purificare a soluției, în anumite limite care definesc mărimea și încărcătura mărimii particulelor coloidale. Coagularea impune pragul pentru a compara efectul diferitelor electroliți pe același Sol.
Electroliți au diferite capacitatea de coagulare. Capacitatea de coagulare - este reciproca a pragului de coagulare:
Din ecuația rezultă că o mai mare capacitatea de coagulare a electrolitului, cu atât mai puțin este nevoie pentru a provoca coagulare și, în consecință, mai puțin coagularea acestuia prag. Atunci când studiază acțiunea de coagulare a electroliți, regularitatea formulate oamenii de știință Schulz și Hardy ca următoarele reguli duble:
coagulante acțiunea acestor ioni au electrolit a cărui sarcină este opusă sarcina particulelor coloidale;
coagulante capacitatea ionilor crește odată cu creșterea exponențială valență în proporțiile aproximative:
În viitor, acest model a fost rafinat și a fost exprimat sub forma de șase grade de taxe coagulante ioni:
Mai mult, sa constatat că ionii de aceeași sarcină, de asemenea, diferite capacitatea coagulant - crește odată cu creșterea razei de ioni.
Dependența ratei de coagulare a concentrației de electrolit
Coagularea poate să apară la rate diferite. Toate celelalte fiind egale depinde de concentrația de electrolit. La concentrații mici de coagulare nu este vizibil cu ochiul liber și se numește coagulare latent. În acest caz, taxa de particule este încă atât de mare încât depăși repulsia electrostatică și să se unească într-o coliziune poate doar particule rare care au cea mai mare viteză. Odată cu creșterea concentrației de încărcare a particulelor de electrolit este neutralizat treptat, potențialul lor zeta este coborâtă și atinge valoarea critică (potențial critic zeta). În acest moment, coagulare devine vizibil cu ochiul liber și așa-numita coagulare explicită. semne evidente de coagulare sunt: schimbarea culorii soluției coloidale, turbiditatea acesteia, apariția unor agregate mari, cu o pierdere suplimentară a sedimentului. concentrația de electrolit la care începe de coagulare numită concentrație explicită prag de electrolit și corespunde pragului de coagulare. coagulării Explicit poate fi de două tipuri - lente și rapide. Atunci când concentrația de electrolit puțin peste pragul de coagulare - potențialul de particule devine mai puțin critică, dar încă nu este zero. Prin urmare, nu a coliziunilor de particule conduce în mod necesar la unificarea și coagularea lor. Există o coagulare clară lent. viteza poate fi diferită, deoarece depinde de concentrația de coagulare electrolit. Odată cu creșterea suplimentară a concentrației de electrolit a taxei scăderii particulelor, și în cele din urmă l-au neutralizat complet. Este acum nimic pentru a preveni unificarea particulelor în fiecare coliziune, adică, aproape simultan coaguleze toate particulele. coagulării Explicit devine rapid. Viteza aparentă rapid de coagulare este independentă de concentrația electrolitului, din moment ce a atins punctul culminant. Cantitatea minimă de electrolit în milimoli pentru a fi adăugat la 1 litru de metoda sol pentru a provoca coagularea rapidă se numește concentrare explicită de coagulare - Sk.
efect de electroliți Co-coagulante pe soluri
Coagularea particulelor coloidale pot provoca nu numai un singur electrolit, ci și amestecuri ale acestora. În acest caz, următoarele opțiuni acțiunea comună coagulant de electroliți:
Aditiv sau suma acțiunii coagulant de electroliți. Acest fenomen se dezvoltă în absența interacțiunii dintre ionii într-un amestec de diferiți electroliți. De exemplu, dacă un electrolit este prezent în amestec într-o cantitate de 60% din coagulare lor prag, apoi pentru a apela coagularea explicită un alt electrolit este necesar să se ia într-o cantitate de 40% din pragul de coagulare;
Sinergii - fenomenul de consolidare reciprocă a capacității de coagulare a electroliți. Sinergia se datorează interacțiunii chimice a electroliților din amestec conduce la formarea ionilor noi cu încărcare mai mare decât ionul părinte. În conformitate cu articolul Schulze-Hardy ioni cu sarcină multiplă au un efect de coagulare mai pronunțată. De exemplu, dacă un electrolit este prezent în amestec într-o cantitate de 60% din coagulare lor prag, apoi pentru a apela coagularea explicită un alt electrolit trebuie să fie luate într-o cantitate mai mică de 40% din pragul de coagulare;
Antagonismul - fenomenul de slăbire reciprocă a acțiunii coagulant de electroliți. Antagonism manifestată prin electroliți reacționând, însoțită de formarea ionilor sursă sau molecule slabodissotsiiruyuschih apariție complexe ionilor peptizers care cresc stabilitatea. De exemplu, dacă un electrolit este prezent în amestec într-o cantitate de 60% din coagulare lor prag, apoi pentru a apela coagularea explicită un alt electrolit este necesar să se ia într-o cantitate mai mare de 40% din pragul de coagulare;
coagulării reciprocă a coloizilor
Coagularea reciprocă a coloizilor are loc prin amestecarea diferitelor tipuri de soluri, care au particule cu sarcină opusă. O neutralizare reciprocă a particulelor taxe. Din cauza dispariției particulelor electrostatice repulsive începe să se coaguleze în coliziuni și a agregatelor de formă, precipită. Fenomenul de coagulare reciproce a coloizilor utilizate în alocarea latexul de cauciuc și când vopsirea fibrelor, purificarea apelor naturale și industriale. Apa din rezervoare deschise contaminate cu particule coloidale de origine vegetală, precum și particule de argilă, sol, deșeuri industriale. Aceste particule sunt încărcate negativ. Pentru a elimina aceste particule la apă se adaugă coagulanti - sulfat de aluminiu sau de sulfat de fier. În apă, aceste săruri hidrolizează și formează particule coloidale încărcate pozitiv de hidrat de alumină și fier. Interact recente cu particule coloidale naturale și taxa lor este neutralizată. Coagularea reciprocă a particulelor. fulgi coagulant sunt îndepărtate prin sedimentare și filtrare a apei prin filtre de nisip. La fulgii scoase din apă și o parte substanțială a microorganismelor existente în aceasta. Mai mult, pentru apă completă dezinfecție a fost tratată cu clor gazos.
Stabilitate sisteme coloidale lyophobic la acțiunea de coagulare a electroliților poate fi îmbunătățită prin adăugarea anumitor substanțe. Astfel de substanțe sunt denumite protecție, iar efectul lor de stabilizare - protecție coloidal. Abilitatea de a crește stabilitatea sistemelor coloidale au o greutate moleculară mare de compuși proteinice (gelatină, albumină, cazeină), polizaharide (amidon, lectină) și niște surfactanți coloidale (săpun, saponină). moleculele lor lipofile sunt adsorbiți pe suprafața particulelor coloidale și, prin urmare, a crea în jurul lor un solvat teacă, care împiedică convergența lor în mică distanță la care începutul forțelor de atracție intermoleculară care acționează.
coloid de protecție utilizate pentru prepararea lyophobic stabile coloizilor utili ca produse farmaceutice. De exemplu, un argint coloid și Protargolum conțin 70 și 8% argint metalic, stabilizat hidrolizatul proteic foarte dispersat. Aceste medicamente sunt utilizate ca microbiocide în tratamentul bolilor inflamatorii ale cavității orale, mucoasa oculară, a tractului respirator superior.