Электрические свойства дисперсных систем. Коагуляция дисперсных систем План 1. Двойной электрический слой. Строение коллоидной мицеллы. 2. Электрокинетические явления: электрофорез и электроосмос. 3. Коагуляция коллоидных растворов. Подготовила к.х.н., доц. Иванец Л.Н. Двойной электрический слой: Гельмгольца Гуи Штерна Схема строения мицеллы АgI, образованной за реакцией: AgNO3 + KI(изб) = AgI + KNO3 К+ К+ К+ К+ I- IIК+ К+ К+ I- I- I- К+ I- I- К+ I- AgI I- К+ I- I- К+ К+ К+ mAgJ nJ n x K x xK Строение коллоидных мицелл Мицелла – частица дисперсной фазы вместе с ДЭС. Внутренняя часть мицеллы агрегат, состоящий из большого числа молекул или атомов м.р.с. Агрегат электронейтрален, но адсорбирует на своей поверхности ионы из раствора – ПОИ. Правило Фаянса-Пескова: «На твердой поверхности агрегата в первую очередь адсорбируются ионы, которые: •входят в состав агрегата; •способны достраивать кристаллическую решетку агрегата; •образуют малорастворимое соединение с ионами агрегата; •изоморфны с ионами агрегата.» Агрегат вместе с ПОИ составляет ядро мицеллы. Заряженное ядро мицеллы, притягивает ПИ из раствора. Часть ПИ образует адсорбционный слой. Ядро с ПИ плотной части ДЭС образуют гранулу или коллоидную частицу. Знак заряда коллоидной частицы определяется знаком заряда ПОИ. Коллоидную частицу окружают ПИ диффузной слоя – остальная часть ПИ, подвергающихся броуновскому движению и менее прочно связанная с ядром. В целом образуется мицелла. Мицелла в отличие от коллоидной частицы электронейтральна. СuSO4 + (NH4)2S → CuS↓+(NH4)2SO4 СuSO4 взят в избытке n моль; n СuSO4 → n Сu2+ + n SO42противоионы ПОИ мицелла гранула { m (CuS) • n агрегат Сu2+ 2x+ • (n-x) SO42- } • x SO42- ПОИ часть противоионов диффузный ядро адсорбционный слой слой В мицелле существует 2 скачка потенциала: 1) φ - электротермодинамический – φ ~ 1 В. 2) ζ (дзетта) - электрокинетический – ζ = 0,1 В {[m CuS] • n Сu2+• (n-x) SO4 2-}2x+ • x SO42φ ζ Состояние гранулы, когда все ионы диффузного слоя переходят в адсорбционный и ζ = 0 - называется изоэлектрическим. Способность к электрофорезу - явление перемещения частиц ДФ относительно неподвижной ДС по действием внешнего электрического поля. Причина электрофореза - наличие двойного электрического слоя (ДЭС) на поверхности частиц ДФ. Электрокинетический потенциал (дзета-потенциал) – потенциал, возникающий на границе скольжения АВ при относительном перемещении фаз в электрическом поле. Схема прибора для электрофореза (опыт Рейсса) перееіщение частичек глины перемещение воды Глина Определение электрокинетической подвижности и дзета-потенциала методом электрофореза Sl u Ut K u DE Кварцовая трубка для измерения электроподвижности в приборе для электрофореза Тизелиуса Прибор для микроэлектрофореза Электрофорез на бумаге Электроосмос Перемещение дисперсионной среды относительно неподвижной дисперсной фазы к электроду, происходящее под влиянием внешней разности потенциалов, называют электроосмосом. Схема прибора для электроосмоса 4 V DI 1 - диафрагма, 2 - капилляр Схема установки для обезвоживания почв методом электроосмоса 1 2 3 + 4 1 - глубинный насос 2 – свердловина 3 – генератор тока 4 – метал. стержень Электрокинетические явления песок вода ток мембрана ток Основные факторы устойчивости коллоидных растворов 1. Величина ζ-потенциала 2. Величина электродинамического потенциала (φ) 3. Толщина диффузного слоя 4. Величина заряда гранулы Устойчивость коллоидных растворов: Агрегативная устойчивость – способность системы противостоять слипанию частиц дисперсной фазы. Критерии: 1. ионная оболочка, т.е. наличие двойного электрического слоя; ДЭС = адсорбционный + диффузный слой 2. сольватная (гидратная) оболочка растворителя (чем ↑, тем ↑ уст-сть); 3. величина ζ– потенциала гранулы ( чем > ζ , тем < вероятность слипания и тем > уст-сть) 4. температура. Устойчивость коллоидных растворов: Седиментационная (кинетическая) устойчивость Критерии: 1. броуновское движение; 2. степень дисперсности; 3. вязкость дисперсионной среды (чем ↑, тем ↑ уст-сть); 4. температура (чем ↑, тем ↑ уст-сть). КОАГУЛЯЦИЯ - процесс укрупнения частиц дисперсной фазы золя с последующим выпадением в осадок. Факторы, вызывающие коагуляцию: 1. 2. 3. 4. 5. увеличение концентрации золя; действие света; изменение температуры; облучение; добавление электролитов. Заряд золей Положительно заряженные Отрицательно заряженные Au, Ag, Pt, S, H2SiO3, Основные краски, гидроксиды Fe, Al, Cr мастика, крахмал, гуммиарабик, кислые краски Коагуляция золей электролитами Правила электролитной коагуляции • Все электролиты при определенной концентрации могут вызвать коагуляцию золя. •Правило знака заряда: коагуляцию золя вызывает тот ион электролита, знак заряда которого противоположен заряду коллоидной частицы. Этот ион называют ионом-коагулятором. •Каждый электролит по отношению к коллоидному раствору обладает порогом способностью). коагуляции (коагулирующей Схемы коагулляции нейтрализация заряда Порог коагуляции наименьшее количество электролита, которое вызывает явную коагуляцию 1л золя - γ = C· V / Vо γ - порог коагуляции, моль/л; С - концентрация электролита, моль/л; V - объем раствора электролита, л; Vo - объем золя, л. Р = 1/ γ - коагулирующая способность электролита Правило Шульце-Гарди: Для разновалентных ионов их коагулирующее действие прямо пропорционально зарядам ионов в шестой степени Гранула ( - ) Р(Al+3) : Р(Ca+2) : Р(K+1) ≈ 36 : 26 : 16 ≈ 729 : 64 : 1 γ(Al+3):γ(Ca+2):γ(K+1) ≈ 1/36:1/26:1/16 Гранула ( + ) Р(PO4 3-) : Р(SO42-) : Р(Cl-) ≈ 36 : 26 : 16 γ(PO4 3-): γ(SO42-): γ(Cl-) ≈ 1/36:1/26:1/16 Защита коллоидов от коагуляции Устойчивость коллоидов к действию электролитов повышается при добавлении к ним ВМС (белков, полисахаридов: желатин, крахмал, казеин натрия. Механизм защитного действия ВМС: 1. Макромолекулы ВМС адсорбируются на коллоидных частицах золя. Т.к. молекулы ВМС гидрофильны, то гидрофобные части золя, окруженные молекулами ВМС, становятся более гидрофильными и устойчивость их в водном растворе увеличивается. 2. Увеличиваются сольватные оболочки вокруг гидрофобных частиц, что препятствует сближению и слипанию частиц золя. Зависимость скорости коагуляции от концентрации электролита скрытая явная медленная быстрая • • • Коагуля́ция — процесс сворачивания крови. При разрушении стенки сосудов, тромбоциты собираются у места травмы и вырабатывают тромбопластин, который рядом с кальцием, витамином К и протромбином, оказывает содействие превращению фибриногена в фибрине. Образовываются сетки фибрина, где задерживаются форменные элементы крови. Это и является сгустком крови — тромбом. Процесс коагуляции продлевается 3-8 мин . Свертывание крови (гемокоагуляция) — сложный биологический процесс образования нитей белка фибрина, которые образовывают тромбы, в результате чего кровь теряет текучесть, приобретая сыроподобной консистенции. В нормальном состоянии кров — легкотекучая жидкость, которая имеет вязкость близкую к вязкости воды. В крови растворимые фибриноген, протромбин и ионы кальция.