Что произойдет при сливании двух золей частицы которых имеют противоположные заряды
Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Взаимная коагуляция
Взаимная коагуляция используется как один из методов определения знака заряда золя с помощью золей с известным знаком заряда. [1]
Взаимная коагуляция наблюдается при сливании двух противоположно заряженных гидрофобных золей; в этом случае при перекрытии диффузных слоев возникает электростатическое притяжение противоположно заряженных частиц вместо сил отталкивания, которое ведет к слипанию их. При избытке одного из золей может произойти перераспределение зарядов, раствор может остаться устойчивым, так как частицы одного из золей принимают заряд другого золя, который находится в избытке, в результате адсорбции частиц его на поверхности первого. [2]
Взаимная коагуляция используется как один из методов определения знака заряда золя с помощью золей с известным знаком заряда. [3]
Происходит полная взаимная коагуляция положительно и отрицательно заряженных золей. [5]
Явление взаимной коагуляции играет большую роль в почвенных процессах: часть содержащихся в почвах коллоидов образуется в результате взаимной коагуляции положительно заряженных золей Fe ( ОН) 3, А1 ( ОН) 3 и отрицательно заряженных золей кремневой кислоты, а также гуминовых веществ. Явление взаимной коагуляции используется при очистке воды от органических веществ. [7]
Механизм взаимной коагуляции состоит в том, что при перекрывании двойных слоев коллоидных частиц, имеющих разные знаки, происходит не отталкивание, а электростатическое притяжение и быстрая агрегация частиц. Наиболее полно взаимная коагуляция происходит тогда, когда заряды коллоидов, противоположные по знаку, равны между собой. [9]
Явление взаимной коагуляции или гетерокоагуляции, коллоидов, наблюдавшееся еще Пиктоном и Линдером в 1897 г., объясняли действием противоположных зарядов частиц дисперсной фазы обоих золей, в результате чего происходит слипание частиц. При этом считали, что для полной коагуляции необходимо, чтобы золи были взяты в таком количественном соотношении, которое обеспечивало бы более или менее полную нейтрализацию заряда частиц. Однако последующие исследования установили, что взаимная коагуляция коллоидных систем может наблюдаться и тогда, когда частицы обоих золей несут электрический заряд одного и того же знака. [10]
Изучение взаимной коагуляции с помощью электронного микроскопа, проведенное советскими учеными, подтвердило давно высказанное мнение, что в основе механизма коагуляции лежит электростатическое притяжение противоположно заряженных частиц. В некоторых случаях причиной ее является химическая реакция между веществами двух дисперсных фаз. [11]
Явление взаимной коагуляции имеет большое значение как в ряде природных ( например, в образовании почвенных коллоидов), так и технологических процессов. [12]
Явление взаимной коагуляции или гетерокоагуляции, коллоидов, наблюдавшееся еще Пиктоном и Линдером в 1897 г., объясняли действием противоположных зарядов частиц дисперсной фазы обоих золей, в результате чего происходит слипание частиц. При этом считали, что для полной коагуляции необходимо, чтобы золи были взяты в таком количественном соотношении, которое обеспечивало бы более или менее полную нейтрализацию заряда частиц. Однако последующие исследования установили, что взаимная коагуляция коллоидных систем может наблюдаться и тогда, когда частицы обоих золей несут электрический заряд одного и того же знака. [13]
При взаимной коагуляции отдельных стоков наблюдается выпадение осадка. [15]
Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Необходимым условием взаимной коагуляции является равенство противоположных зарядов частиц золей. Если это условие не соблюдается, коагуляция протекает неполностью независимо от концентрации коагулянта. Таким образом, взаимная коагуляция коллоидов протекает в узкой зоне их концентрации ( см. гл. [17]
Частным случаем коагуляции электролитами является взаимная коагуляция двух гидрофобных золей с различными знаками зарядов. В отличие от обычной электролитной коагуляции при определенном соотношении концентрации смешиваемых золей всегда наступает переразрядка, тогда как при обычной коагуляции переразрядка происходит только при действии многовалентных ионов-коагуляторов. Взаимная коагуляция имеет большое значение как в ряде природных, так и технологических процессов. Коагуляция почвенных коллоидов электролитами и взаимная коагуляция коллоидов имеет большое значение в формировании почвенного горизонта. Эти соли в воде гидролизуются и образуют положительно заряженные коллоидные частицы А1 ( ОН) 3) которые, взаимодействуя с коллоидными частицами в воде, заряженными в большинстве случаев отрицательно, приводят к взаимной коагуляции с выпадением коагулированных частиц в осадок. [22]
Коагуляция коллоидов вызывается не только электролитами, но и взаимодействием противоположно заряженных коллоидов, наступающим при адсорбции одного коллоида поверхностью другого. Этот процесс играет некоторую роль при осветлении воды коагулированием. Необходимым условием взаимной коагуляции является равенство противоположных зарядов частичек золей. При несоблюдении этого условия коагуляция протекает либо неполно, либо вовсе не наступает, независимо от количества прибавленного коагулирующего коллоида. Отсюда следует, что взаимная коагуляция коллоидов может протекать лишь в узкой зоне соотношения их концентраций. [24]
Коагуляция коллоидов вызывается не только электролитами, но и взаимодействием противоположно заряженных коллоидов, наступающим при адсорбции одного коллоида поверхностью другого. Этот процесс играет некоторую роль при осветлении воды коагулированием. Необходимым условием взаимной коагуляции является равенство противоположных зарядов частиц золей. При несоблюдении этого условия коагуляция протекает неполно либо вовсе не наступает, независимо от того, прибавлено ли коагулирующего коллоида слишком мало или слишком много. Отсюда следует, что взаимная коагуляция коллоидов может протекать лишь в узкой зоне соотношения их концентраций. [25]
Взаимная коагуляция золей
Коагуляция золя может быть вызвана его взаимодействием с другим золем, частицы которого имеют противоположный заряд. Так, смешение золя гидроксида железа, частицы которого имеют положительный заряд, с отрицательно заряженным золем сульфида мышьяка приводит к их взаимной коагуляции.
В данном случае коагуляция обусловлена тем, что коллоидные частицы одного вида являются как бы очень крупными многозарядными ионами – коагулянтами для частиц другого вида. Взаимная коагуляция коллоидных систем может наблюдаться и тогда, когда частицы золей имеют одноименный заряд; в этом случае причиной потери устойчивости одного из золей является сильная специфическая адсорбция иона – стабилизатора данной системы поверхностью коллоидных частиц другой системы.
Старение золей и пептизация
Термодинамическая неустойчивость лиофобных коллоидных систем является причиной старения золей – самопроизвольной коагуляции (автокоагуляции) золей. Автокоагуляция золей происходит значительно медленнее, чем коагуляция электролитами; так, золи золота могут сохраняться без видимых изменений десятилетиями. Одной из основных причин старения золей является медленно совершающийся процесс перекристаллизации вещества ядра.
Пептизацией (дезагрегацией) называется процесс расщепления коагулировавшего золя (коагулята) на первичные частицы – процесс, противоположный коагуляции. Пептизация возможна лишь тогда, когда структура частиц в коагуляте не изменена по сравнению с первоначальной (т.е. когда еще не произошло полного сращивания частиц и они слабо связаны друг с другом). Различают непосредственную и опосредованную пептизацию.
Непосредственная пептизация происходит в результате добавления к коагуляту электролита, содержащего потенциалопределяющий ион; в результате его специфической адсорбции на поверхности частиц дисперсной фазы их заряд вновь увеличивается, толщина двойного электрического слоя возрастает. Это приводит к тому, что силы отталкивания между частицами начинают преобладать над силами притяжения; происходит дезагрегация – распад образовавшегося ранее агрегата из слипшихся частиц.
Опосредованная пептизация вызывается добавлением в систему вещества, химическое взаимодействие которого с поверхностью коагулята приводит к высвобождению потенциалопределяющих ионов. Например, коагулировавший золь гидроксида железа(III) может быть пептизирован добавлением в систему либо какой-либо соли железа (непосредственная пептизация), либо соляной кислоты (опосредованная пептизация).
коллойдные растворы. Реферат Коллоидные системы
Физический смысл константы β состоит в том, что она равна величине адсорбции при равновесной концентрации, равной единице (если с = 1 моль/л, то β = а ). Постоянная β зависит от природы адсорбента и адсорбата. Значение адсорбционного показателя 1/n лежит в пределах 0,1 ÷ 1 и зависит от температуры и природы адсорбата.
При расчетах по уравнению Фрейндлиха значение и размерность удельной адсорбции зависит от способа выражения равновесной концентрации. Концентрацию в растворе чаще всего выражают как молярную концентрацию эквивалента, или моляльность. При проведении адсорбции на твердом адсорбенте определяют начальные и равновесные концентрации адсорбата в растворе. Метод определения концентрации зависит от природы ПАВ и наличия приборов в лаборатории (потенциометры, кондуктометры, интерферометры и т. д.). Для органических кислот чаще всего применяют титрование раствором щелочи в присутствии фенолфталеина. Кондуктометрия и потенциометрия применимы только для анализа ионогенных ПАВ (кислот, оснований, солей). С помощью жидкостного интерферометра можно определять концентрации растворов ПАВ любой природы. При изучении адсорбции уксусной кислоты можно не применять физико-химические методы анализа, так как эта кислота титруется с достаточно большим скачком рН и определение конечной точки титрования не вызывает затруднений.
Эксперимент показывает, что в области малых и средних концентраций уравнение Фрейндлиха иногда более удачно, чем уравнение Ленгмюра, поэтому его часто используют для практических целей.
Под устойчивостью дисперсной системы понимают неизменность ее основных свойств:
степени дисперсности (агрегативная устойчивость);
равновесного распределения частиц в дисперсионной среде (седиментационная или молекулярно-кинетическая устойчивость).
Переход коллоидов в истинный раствор сопровождается увеличением дисперсности, в то время как противоположный процесс идет за счет слипания мицелл, ведущего к увеличению размера коллоидных частиц. Последнее явление называется коагуляцией.
Явление выпадения дисперсной фазы в осадок под действием силы тяжести называется седиментацией (оседанием).
Каогуляция происходит не мгновенно, существуют несколько факторов устойчивости лиофобных дисперсных систем: электростатический (обусловлен возникновением на поверхности частицы двойного электрического слоя); адсорбционно-сольватный (обеспечивается введением в систему в качестве стабилизатора ПАВ); структурно-механический (обеспечивается способностью некоторых ПАВ и ВМС образовывать адсорбционные слои в виде упругих и механически прочных пленок) и др.
Коагуляция может наступить при действии на коллоидную систему таких различных по своей природе факторов, как длительный диализ (очистка золей); добавление растворов электролитов; добавление неэлектролитов; механическое воздействие (размешивание или встряхивание); сильное охлаждение или нагревание; воздействие электрических и электромагнитных полей; ультразвук; действие лучистой энергии и т.п.
Иногда коагуляция может наступить в результате «старения» или химических изменений, происходящих в золе.
Наибольший практический интерес вызывает коагуляция электролитами. К коагуляции лиофобных золей могут привести даже ничтожные добавки солей (растворов всех электролитов, в том числе и электролитов-стабилизаторов).
Правила коагуляции электролитами
. Для ионов одинаковой валентности коагулирующая способность возрастает с увеличением радиуса иона (или с уменьшением радиуса гидратированного иона).
Во всех случаях причиной коагуляции бывает уменьшение связи мицелл с окружающей их дисперсионной средой. У типичных лиофобных коллоидных систем агрегативная устойчивость золей зависит от тех ионов, которые адсорбированы на поверхности их частиц.
Устойчивость коллоидной системы зависит от состояния слоев, окружающих ядро: она убывает с уменьшением их толщины.
Для этой цели можно сначала ввести электролит и нейтрализовать заряд, причем коагуляции не наблюдается; затем добавить какое-либо из дегидратирующих веществ, например спирт, ацетон или танин, которые разрушают водную оболочку лиофильного коллоида, после чего начинается процесс коагуляции. Последовательность может быть иная: вначале дегидратация, а затем нейтрализация заряда. Коагуляция сопровождается помутнением золя, затем дисперсная фаза выпадает в осадок или образуется гель.
Начало коагуляции, т.е. изменение числа частиц, можно точно наблюдать только при помощи ультрамикроскопа. Невооруженным глазом удается заметить только начало явной коагуляции.
Взаимная коагуляция растворов золей иодида серебра. При сливании двух золей с противоположно заряженными частицами полная коагуляция наступает тогда, когда общее число зарядов частиц одного коллоида нейтрализует общее число противоположных зарядов частиц другого коллоида. При иных соотношениях частица будет нести знак заряда тех коллоидных частиц, которые окажутся в избытке.
При х коллоидные частицы будут обладать отрицательным зарядом.
. КОЛЛОИДНАЯ ЗАЩИТА ЗОЛЕЙ РАСТВОРАМИ ВМС
Типичные гидрофобные золи легко коагулируют при добавлении к ним малых количеств электролитов (миллиграммы на 1 л). Растворы ВМС, наоборот, обладают большой устойчивостью против коагулирующего действия электролитов.
Причина явления коллоидной защиты заключается в адсорбции высокомолекулярного вещества на поверхности коллоидных частиц и увеличении устойчивости за счет факторов неэлектростатической природы. Адсорбирующиеся макромолекулы, содержащие полярные группы, хорошо гидратируются и образуют вокруг частиц мощные гидратные оболочки, которые препятствуют слипанию частиц ( адсорбционно-сольватный фактор ). Адсорбционно-гидратные слои являются механически прочными и упругими ( структурно-механический фактор ). Адсорбированные макромолекулы обладают длинными гибкими цепями, сближение частиц с адсорбированными на их поверхности макромолекулами приводит к уменьшению энтропии ( энтропийный фактор ).
Иногда введение в систему очень малых количеств ВМС приводит не к защите, а к потере устойчивости коллоидного раствора.
Х и м и я
Коллоидная химия
Коагуляция коллоидных растворов.
Коагуляция
Коллоидные системы обладают различной устойчивостью. Все они стремятся к уменьшению свободной поверхностной энергии за счёт сокращения удельной поверхности коллоидных частиц, что происходит при их стремлении к объединению.
Удельная поверхность этих частиц очень велика, поэтому они и обладают большим избытком поверхностной энергии, что, в свою очередь, ведёт к термодинамической неустойчивости коллоидных систем.
Процесс объединения коллоидных частиц в более крупные агрегаты называется коагуляцией.
Расклинивающее давление
Расклинивающим давлением называют избыточное (по сравнению с гидростатическим) давление, действующее со стороны тонкого слоя жидкости на ограничивающие поверхности.
В золях оно обусловлено в основном взаимным отталкиванием противоионов диффузного слоя сблизившихся частиц и, кроме того, силами молекулярного взаимодействия между поверхностями этих частиц и молекулами воды.
Изменение свойств воды вокруг коллоидных частиц
Под влиянием электростатических полей, создаваемых ионами, расположенными на поверхности коллоидных частиц, прилегающие к ним молекулы воды сильнее поляризуются и располагаются более упорядоченно, что, в частности, усиливает связь не только между этими молекулами воды, но и между ними и коллоидными частицами.
В результате прилегающий к частице слой воды, приобретает особые свойства (повышенную вязкость и упругость), что препятствует объединению частиц.
Преодоление расклинивающего давления
Только очень малое число столкновений приводит к объединению частиц, поэтому многие золи устойчивы. Если же понизить величину заряда коллоидных частиц, то такие частицы будут легче и сильнее коагулировать.
С наибольшей скоростью коагулируют коллоидные частицы, у которых заряд гранул равен нулю, т.е. частицы, находящиеся в изоэлектрическом состоянии.
Отсутствие заряда у гранулы означает, что у частицы нет противоионов в диффузионном слое и, следовательно, их водной оболочки.
Оказалось также, что полидисперсные золи коагулируют быстрее монодисперсных и что форма частиц имеет значение для этого процесса: с наибольшей скоростью коагулируют палочкообразные частицы.
Динамика процесса коагуляции
При коагуляции двух частиц золя (так называемых частиц первого порядка) образуется более крупная частица второго порядка, которая может объединяться с ещё одной частицей первого порядка, образуя частицу третьего порядка, которая вновь присоединяет частицу первого порядка и превращается в частицу четвёртого порядка и т.д.
Расчёты показали, что присоединение частиц первых порядков происходит легче, чем объединение частиц более высоких порядков.
Сумма всех частиц в золе при коагуляции непрерывно уменьшается, причём если число исходных частиц первого порядка n1 всё время убывает, то число частиц второго порядка n2 вначале увеличивается, а затем уменьшается. Чуть отставая по времени от n2 растёт количество частиц третьего порядка n3, которое, пройдя свой максимум, начинает падать. В это время возрастает количество частиц следующего порядка и т.д.
Седиментация частиц
В результате при коагуляции образуются рыхлые агрегаты различной величины, в которой частицы непрочно связаны между собой.
Крупные агрегаты под действием силы тяжести начинают опускаться на дно сосуда. Происходит процесс седиментации.
Седимента́ция (осаждение) — оседание частиц дисперсной фазы в жидкости или газе под действием гравитационного поля или центробежных сил.
Скорость седиментации зависит от размеров и плотности частиц, от их заряда, вязкости раствора и т.п.
Частицы, находящиеся в изоэлектрическом состоянии, оседают быстрее, так как заряд не препятствует их коагуляции и седиментации.
Использование центрифуг для осаждения
Для ускорения процесса седиментации широко используют центрифуги. Возникающая при помощи них центробежная сила заставляет частицы оседать быстрее. При достаточном числе оборотов удаётся осаждать даже некоагулированные частицы.
При постоянных температуре, вязкости растворителя, величине заряда частиц и т.п. скорость их осаждения зависит от различий в их массе и размерах, благодаря чему можно расчитывать молекулярный вес этих частиц.
При помощи ультрацентрифуг, развивающих скорость в десятки тысяч оборотов в минуту, были определены молекулярные веса многих белков и других органических соединений.
Изменение скорости коагуляции
Самопроизвольная коагуляция многих золей часто протекает медленно. Её можно ускорить, повышая скорость движения частиц. Это поможет им преодолеть расклинивающее давление.
Ускорение движения частиц можно вызвать, например, повышением температуры раствора. Повышение концентрации золя также приводит к ускорению его коагуляции, поскольку с увеличением концентрации растёт число эффективных столкновений между мицеллами.
Процесс коагуляции очень чувствителен к добавлению электролитов.
Электроли́т — вещество, которое проводит электрический ток вследствие диссоциации на ионы. Примерами электролитов могут служить водные растворы кислот, солей и оснований и пр.
Небольшие количества электролитов могут резко ускорить скорость коагуляции. Следовательно, с одной стороны, электролиты необходимы для стабилизации золей, а с другой – их избыточное добавление ведёт к коагуляции золей. Влияние различных электролитов на этот процесс неодинаково.
Зависимость коагуляции от величины заряда иона электролита
Коагулирующее действие электролитов зависит от величины заряда иона, который противоположен заряду коллоидной частицы.
С наибольшей скоростью коагулируют электронейтральные частицы. Такое состояние частицы, заряженной до начала коагуляции, например положительно, станет возможным в том случае, если все противоионы диффузного слоя, заряженные отрицательно, будут перемещены в адсорбционный слой.
Чем выше окажется концентрация добавленного электролита, тем сильнее будет сжат диффузионный слой, тем меньше станет ζ-потенциал и быстрее пойдёт коагуляция.
При достаточной концентрации электролита практически все её противоионы окажутся в адсорбционном слое, заряд частицы снизится до нуля. Отсутствие диффузного слоя обусловит значительное понижение давления расклинивания и коагуляция пойдёт с максимальной скоростью.
Коагулирующее действие ионов резко возрастает с увеличением числа их зарядов в прогрессии, которую грубо принимают за соотношение шестых степеней числа зарядов ионов: 1 : 2 6 : 3 6 и т.д.
В действительности из-за влияния ряда факторов это соотношение оказывается меньшим.
Влияние различных электролитов на коагуляцию золей As2S3