Конденсационные методы

Дисперсионные методы.

Лекция № 6

Список литературы

Основная:

2. Пащенко А.А. Физ. химия силикатов. – М.: «Высшая школа», 1986. – 368 с.

Дополнительная:

2. Киреев В.А. Краткий курс физ. химии. – М.: «Высшая школа», 1978. – 622 с.

«Получение коллоидно-дисперсных систем»

Краткое содержание лекции

Размеры коллоидных частиц в коллоидно-дисперсных системах настолько велики по сравнению с молекулами дисперсной среды, что между ними образуется поверхность раздела.

То или иное вещество может быть получено в коллоидном состоянии при следующих условиях:

1) Размеры частиц вещества доводят до коллоидных размеров двумя методами: а) раздроблением (дисперсионные методы); б) укрупнением молекул, атомов или ионов до частиц коллоидного размера (конденсационные методы);

2) Для воспрепятствования слипанию частиц при их взаимном столкновении в растворе необходимо присутствие стабилизаторов (ионов, электролитов, которые на поверхности коллоидной частички образуют ионно-гидратную оболочку);

3) Коллоидные частицы (дисперсная фаза) должны обладать плохой растворимостью в дисперсной среде, хотя бы в момент их получения.

При соблюдении этих условий коллоидные частицы приобретают электрический заряд и гидратную оболочку, что препятствуют выпадению их в осадок.

К числу дисперсионных методов получения коллоидных раство­ров обычно относят и метод получения их путем электрического распыления (электродиспергирования). Этим методом прежде всего, получают золи различных металлов.

Основан он на том, что между двумя электродами, изготовлен­ными в виде проволочек из данного металла и помещенными под водой, возбуждают электрическую дугу. При этом ма­териал электродов распыляется в окружающую воду. Для получе­ния устойчивого золя в воду предварительно добавляют немного щелочи. Исследования А.В.Думанского показали, что в действи­тельности этот метод является в большей степени конденсацион­ным, чем дисперсионным (по крайней мере, в отношении наиболее высокодисперсной части золя). Дело в том, что, как указывают цвет и спектр дуги, при такой высокой температуре металл перехо­дит в парообразное состояние и, попадая в дисперсионную среду, благодаря низкой температуре последней тут же конденсируется, образуя золь. Этим методом получаются гидрозоли золота, серебра, платины и других металлов.

К конденсационным методам относятся методы, основанные на чисто физических процессах, например на процессе резкой конденсации пара, и методы, осно­ванные на использовании различных химических реакций.

Общим для обеих этих групп методов является то, что выделе­ние или образование вещества коллоида в новой фазе, производят в условиях сильного пересыщения, т.е. из сильно пересыщенного пара, из сильно пересыщенного раствора и т.д. В таких условиях выделение зародышей частиц новой фазы может происходить од­новременно в очень большом числе точек. Эти зародыши служат центрами конденсации или кристаллизации. Условия проведения процесса подбираются такими, чтобы рост образовавшихся капе­лек жидкости или кристалликов прекращался, когда они достигнут размеров коллоидных частиц. При этом с помощью тех или других стабилизаторов предотвращают соединение этих капелек или кристалликов в более крупные агрегаты.

В методах химической конденсации вещество коллоида получается с помощью той или иной химической реакции и выделяется при этом в коллоидном состоянии. Эти методы основаны большей частью на таких взаимодействиях в растворах, которые приводят к образованию вещества в условиях, когда оно нерастворимо. Образуясь первоначально в молекулярно-дисперсной форме, оно стремится выделиться из раствора в осадок. Необходимо так подобрать условия проведения реакции (концентрация реагирующих веществ, рН среды, последовательность операций, температура, перемешивание и пр.), чтобы процесс агрегации, т. е. соединения молекул в более крупные частицы, прекращался на определенной стадии во избежание слипания частиц. Обычно этому способствует примене­ние растворов достаточно низкой концентрации и медленное сме­шение их.

Реакции, применяемые для процессов химической конденсации весьма разнообразны по своему характеру.

Например, чтобы приготовить красный золь металлического золота, к 100 мл воды приливают 10 мл 0,01%-ного раствора хлорного золота; при этом получается раствор, в 100 мл которого содержится всего около 1 мг хлорного золота. Затем при кипячении к нему медленно прибавляют восстановитель, например формальдегид, таннин или гидразингидрат. Аналогичным образом из очень разбавленных растворов азотнокислого серебра получают желто-коричневый золь серебра. Эти процессы основаны на реакциях восстановления.

Для получения золей могут применяться также и окислитель­ные реакции. Окислением сероводорода при реакции H₂S + ½О₂= S + H₂O можно получить коллоидную серу. Если этот процесс осуществлять не в водной среде, а в воздухе, то получается серный дым (аэрозоль).

Примером применения реакции двойного обмена может слу­жить получение золя хлористого серебра по уравнению

AgNO₃ + NaCI = AgCI + NaNO₃

Интересным частным случаем таких реакций являются реакции гидролиза, например

FеCI₃ + ЗН₂О = Fe(OH)₃ + 3HCl

Приливая к кипящей воде по каплям раствор хлорного железа, можно получить темно-коричневый золь гидроокиси железа.

Подобным же путем могут быть получены и некоторые аэрозо­ли. Так, тетрахлориды кремния, олова и титана, являющиеся в обычных условиях довольно летучими жидкостями, легко гидролизуются в парах при взаимодействии с влагой воздуха, например

SiCl₄ + 2Н₂О = SiO₂ + 4HCI

Выделяющиеся при этом очень мелкие твердые частички кремне­зема образуют дым; это дает возможность использовать указан­ную реакцию для получения дымовых завес.

Сабақтың қысқаша мазмұны

Коллоидты-дисперстік жүйелердегі коллоид бөлшектерінің мөлшері дисперстік орта молекулаларымен салыстырғанда үлкендігі соншама, олардың арасында беттік бөлім пайда болады.

Кезкелген затты коллоидты күйде алу үшін төмендегідей шарттар орындалуы керек:

1) Зат бөлшектерінің мөлшерін коллоидтық күйге екі әдіспен жеткізуге болады: а) дисперстік (ұсақтау арқылы); б) конденсациялық (молекула, атом немесе иондарды коллоид бөлшектері мөлшеріне дейін ірілендіру);

2) Ерітіндіде бөлшектердің бір-бірімен соқтығысуы салдарынан жабысып қалмас үшін стабилизатордың болуы қажет (стабилизатор ретінде коллоидты бөлшектердің бетінде ион-гидратты қабықша түзетін электролит иондары қолданылады);

3) Коллоидты алу кезінде коллоидты бөлшектер (дисперстік фаза) дисперстік ортада нашар еритін болуы керек.

Осы шарттар орындалған жағдайда коллоид бөлшектер электрлік зарядқа және гидратты қабықшаға ие болады, бұл өз кезегінде олардың тұнбаға түсуіне кедергі жасайды.