Свойства коллоидных систем

Оптические. Прохождение света через дисперсную систему сопровождается преломлением, поглощением, отражением и рассеянием. Преобладание какого – то из этих явлений зависит от соотношения между длиной волны падающего света и размером взвешенных частиц. Например, отражение частиц возможно, если размеры частиц превышают длину волны. В коллоидно-дисперсных системах с частицами соизмеримыми или значительно меньшими, чем длина волны видимого света преобладает светорассеяние.

Рассеяние света свойственно любой среде, но наиболее интенсивное светорассеяние происходит, если свет проходит через дисперсную систему, состоящую из частиц с размерами меньше длины волны падающего света и удаленными друг от друга на расстояния, значительно превосходящие длину волны. В этом случае происходит дифракция, т.е. световой луч, встречая на своем пути частицу, как бы огибает ее и несколько изменяет свое направление.

В коллоидных растворах светорассеяние проявляется в виде опалесценции – матового свечения, чаще всего голубоватых оттенков, которое можно наблюдать при боковом освещении бесцветного золя на темном фоне. Светорассеяние – характерное свойство коллоидных растворов, позволяющее отличать их от молекулярных и ионных растворов. С опалесценцией связано явление - конус Тиндаля. На сосуд коллоидным с раствором направляют яркий свет и при наблюдении сбоку наблюдается равномерное свечение освещенного участка, иногда с небольшим расширением на выходе (конус Тиндаля). Конус Тиндаля можно наблюдать в природных условиях – рассеяние света в виде конуса от фар, прожектора, уличных фонарей в туманную погоду.

Электрические свойства. Возникновение двойного электрического слоя на поверхности твердой фазы обусловливает электрические свойства коллоидных растворов.

Электрокинетические явления. При наложении постоянного электрического поля в коллоидных системах можно наблюдать 2 процесса:

1) явление перемещения частиц дисперсной фазы относительно дисперсионной среды – электрофорез;

2) явление перемещения дисперсионной среды относительно неподвижной дисперсной фазы – электроосмос.

Электрофорез и электроосмос широко применяются на практике. Например, с помощью электрофореза покрывают полимерами трубы для защиты от коррозии, наносят из латексов слой каучука на ткани, очищают промышленные выбросы от загрязняющих веществ. Электроосмотически можно удалять воду из различных измельченных и пористых материалов – торфа, древесины, осушать грунты.

Молекулярно-кинетические свойства. Сюда относят броуновское движение, диффузию и осмос.

Броуновское движение

Процесс укрупнения (слипания) коллоидных частиц, приводящий к образованию осадка, называют коагуляцией. Коагуляция начинается при падении ξ-потенциала до 0,03В.

Коагулирующая способность электролитов характеризуется величиной, называемой порогом коагуляции. Порог коагуляции – это минимальная концентрация электролита, при которой начинается коагуляция (ммоль/л). Порог коагуляции зависит от природы дисперсной системы, концентрации дисперсной фазы, а также от скорости прибавления электролита, интенсивности перемешивания, присутствия в системе других электролитов и неэлектролитов. Процесс, обратный коагуляции, т.е. переход свежеобразованного осадка или геля в коллоидный раствор, называется пептизацией. Вызвать пептизацию можно вымыванием коагулянта растворителем, а также воздействием пептизаторов электролитов, неэлектролитов, поверхностно-активных веществ, высокомолекулярных соединений.

Факторы коагуляции. Агрегативная устойчивость коллоидных растворов значительно ниже, чем истинных, поэтому коагуляция может протекать и самопроизвольно с большей или меньшей скоростью. Коагуляция может быть вызвана механическим воздействием (перемешивание, встряхивание и пр.), сильным охлаждением или нагреванием, пропусканием электрического тока, длительным диализом, добавлением растворов неэлектролитов и электролитов, последнее используется особенно часто.

Коагулирующее действие оказывает ион электролита со знаком заряда, противоположным знаку заряда гранулы коллоидной частицы. Для явной коагуляции необходима некоторая минимальная концентрация добавляемого электролита. При этом дзета-потенциал (электрокинетический потенциал, характеризующий величину диффузного слоя мицеллы)снижается от 60 – 70 милливольт до 30-35 милливольт. Мицелла, таким образом, теряет агрегативную устойчивость.

Порог коагуляции – это наименьшая концентрация электролита в миллимолях на один литр, при которой после прибавления этого электролита начинается явная коагуляция коллоидного раствора. Если для коагуляции взято 10 мл золя, то порог коагуляции можно вычислить по формуле: П = 100 ∙ С ∙ V, где П – порог коагуляции, С – молярная концентрация электролита, V – наименьшее число миллилитров раствора электролита, необходимое для начала явной коагуляции, 100 – множитель для перехода к одному литру.

Величина, обратная порогу коагуляции, называется коагулирующей способностью (К): К = 1 / П

Соотношение между валентностью коагулирующего иона и коагулирующей способностью его в том случае, когда коагулирующее действие вызывается катионом, приблизительно такое:

Ме⁺: Ме²⁺: Ме³⁺ = 1: 25: 550.

Коагуляция золей обычно заканчивается седиментацией – осаждением вещества золя под действием силы тяжести.

Коагуляция гидрофильных золей. Устойчивость гидрофильных золей обусловлена не только величиной дзета-потенциала, но и наличием мощной гидратной оболочки у коллоидных мицелл. Для коагуляции гидрофильных золей (например, золя желатина) надо снизить дзета – потенциал мицелл и разрушить их гидратную оболочку. Первое достигается прибавлением небольших количеств электролита; второе - добавлением больших количеств электролитов (высаливание) или прибавлением дегидратирующих веществ (спирт, ацетон и др.). Сильное влияние на высаливающее действие оказывает анион электролита. Анионы при этом располагаются в лиотропный ряд; на одном из первых мест, которого по силе высаливающего действия, находится S0₄^2– – ион.

Небольшие количества солей на некоторые белки могут действовать и пептизирующим образом, повышая их растворимость (например, на гемоглобин).

Наименьшей агрегативной устойчивостью белки обладают в изоэлектрическом состоянии. В этом состоянии они имеют наименьшую вязкость, минимальное осмотическое давление, наименьшую способность к набуханию.