Методи очищення дисперсних систем

Золі часто містять різні домішки, звичайно електроліти. Для очищення золей від домішок низькомолекулярних речовин використовують діаліз або електродіаліз.

Діаліз оснований на властивості молекул малих розмірів або іонів проходити крізь напівпроникні плівки (мембрани), крупні частинки золей крізь такі плівки пройти не можуть. Діаліз йде дуже повільно і, якщо домішки електроліти, для очищення золю використовують електродіаліз.

Електродіалізатор складається з 3 камер, які відділені одна від одної напівпроникними перегородками. Електродіаліз знайшов промислове використання. Цим методом вилучають солі з молочної сироватки. Для концентрування золей шляхом відділення дисперсної фази від дисперсного середовища використовують - ультрафільтрацію. При ультрафільтрації золі фільтрують під тиском крізь особливі плівки - ультрафільтри, які можуть утримати частинки колоїдних розмірів.

 

Запитання до семінару.

1. Що називається дисперсною системою?

2. Що називається дисперсною фазою?

3. Що називається дисперсним середовищем?

4. Як зв’язана дисперсність з розміром частинок?

5. Що таке агрегативна стійкість?

6. Які дисперсні системи відносять до колоїдних?

7. Чим відрізняються ліофобні від ліофільних систем?

8. Чим відрізняється адсорбція від абсорбції?

9. Які речовини називаються поверхнево-активними?

10. Яку будову мають дифільні молекули?

11. Як змінюється поверхнева активність від довжини вуглеводневого ланцюга молекули ПАР?

12. Які фактори впливають на адсорбцію газів твердими адсорбентами?

13. Що таке ізотерма адсорбції?

14. Які положення лежать в основі теорії мономолекулярної адсорбції?

15. Чим відрізняється адсорбція пару на пористих адсорбентах від адсорбції газів?

16. Який із іонів електроліту буде адсорбуватися на твердому тілі?

17. В чому особливість іонообмінної адсорбції?

18. Що таке іоніти і де їх можливо використовувати?

19. Як можливо надати поверхні властивість змочуватися водою (бензолом)?

20. Якими методами отримують колоїдні системи?

21. Якими методами колоїдні розчини очищають від домішок електроліту?

22. Яким фізичним явищем зумовлена опалесценція золю?

23. Як залежить швидкість дифузії від розміру частинки?

24. Що таке броунівський рух і яка його природа?

25. Як пов'язаний осмотичний тиск золю з розміром колоїдних частинок?

26. Від чого залежить седиментаційна стійкість дисперсних систем?

 

Семінар № 7

 

Тема: Будова міцел, коагуляція, ПАР.

Мета: Навчитися писати формули та схеми будови міцел золю та гідро золю: визначати агрегат, потенціалвизначні іони, противоіони, адсорбційний та дифузійні шари, гранулу і вміти визначати заряди. Вивчити процеси коагуляції, вміти проводити концентраційну, взаємну та нейтралізаційна коагуляцію, пояснювати процеси, які відбуваються при ізоелекричному стані колоїдних розчинів.

 

Методичні вказівки.

Подвійний електричний шар виникає на межі розподілу фаз тверде тіло-розчин внаслідок вибіркової адсорбції. Прикладом подвійного електричного шару утвореного внаслідок дисоціації являється іонний шар часток гідро золю диоксиду кремнію. Поверхневі молекули диоксиду кремнію при взаємодії з водою утворюють кремнієву кислоту.

 

Н₂SiO₃Û HSiO₃^- + H⁺

 

В загальному випадку подвійний електричний шар складається із іонів, достатньо міцно зв’язаних з твердою фазою, вони отримали назву потенціалвизначних іонів і еквівалентної кількості протилежно заряджених іонів, які знаходяться в рідкій фазі – противоіони. Між твердою фазою і рідиною виникає різниця потенціалів, тобто поверхневий потенціал.

Міцела - це колоїдна частинка.

Гідрозоль - це водний колоїдний розчин.

Колоїдна частинка будь - якого колоїдного розчину складається з колоїдного ядра, що містить в собі від 100 до 1000 молекул. Усі молекулярні ядра настільки з'єднанні один з одним, що в середину ядра не може проникнути вода. Звідси колоїдні розчини отримали назву гідрофобних колоїдних систем.

Поверхневий шар молекули ядра вступає у хімічну взаємодію з молекулами НСІ. Утворює електроліт FeOCІ

Fe(OH)₃ + HCl ® 3FeOCI + 2H₂O

 

Після чого FeOCl у воді дисоціює на іони таким чином:

 

nFeOCl Û nFeO⁺ + nCI^-

 

Потім в результаті вибіркової адсорбції іонів електроліту FeOCl колоїдна частика заряджується позитивно. Першими адсорбується іони nFeO⁺ агрегатом, другими частина(n-х)СІ^-, а іони хСІ^- залишаються у воді у гідратованому стані. Так утворюється міцела.

 

Міцела складається:

1. [Fe(OH)₃]m - агрегат

2. з ядра [Fe(OH)₃]m/ nFeO⁺

3. потенціалвизначних іонів nFeO⁺

4. шару противоіону (n-х)СІ^-

5. адсорбційний шар nFeO⁺ + (n-x)CI^-

6. {[Fe(OH)₃]m /nFeO⁺ + (n-x)CI^-}⁺ - гранула

7. хСІ^- - дифузійний шар.

 

Ядро разом з адсорбційним шаром – гранула.

Гранула разом з дифузійним шаром - міцела.

 

{[Fe(OH)₃]m /nFeO⁺ + (n-x)CI^-}⁺ хСІ^-

 

Будова міцели золю.

Розглянемо будову міцели золю йодиду срібла, отриманого в результаті реакції:

AgNO₃ + KI = AgI +KNO₃

Стійкий золь йодиду срібла може бути отриманий тільки при таких умовах: розчини реагентів повинні бути розбавленими і одну із реагуючих речовин беруть в надлишку. Будемо вважати, до в надлишку AgNO₃. Тоді при утворенні кристалів AgI на їх поверхні по правилу Фаянса- анета адсорбуються іони Ag⁺ - потенціалвизначаючі іони. Іони NO₃^- розміщаються в адсорбційному і дифузійному шарі противоіонів.

Будова міцели золю AgI записується так:

 

{ m [AgI] nAg⁺ × (n-x) NO₃^- } х NO₃^-

 

1. агрегат – m [AgI]

2. ядро – m [AgI] nAg⁺

3. частинка – {m [AgI] nAg⁺ × (n-x) NO₃^-}

4. міцела - { m [AgI] nAg⁺ × (n-x) NO₃^- } х NO₃^-

 

В цій формулі m – число молекул AgI, які входять в склад агрегату, n- число потенціал визначаючих іонів Ag⁺. Як правило, m > n. Загальне число противоіонів NO₃^- теж дорівнює n, але частина з них (n-x) входить в адсорбційний шар і знаходиться поблизу ядра, а друга частина противоіонів х складає дифузійний шар.

Якщо стабілізатором цього золю буде не AgNO₃, а КІ, то формула міцели запишеться так:

 

{ m [AgI] nІ^- × (n-x) К⁺} х К⁺