Способы получения коллоидов
Для получения коллоидов необходимо:
достаточно малая растворимость дисперсной фазы в дисперсионной среде;
определенная степень дисперсности (10-5 – 10-7 см);
наличие в системе стабилизатора, препятствующего слипанию коллоидных частиц (это электролиты или ВМС).
Существует два основных метода получения коллоидов: дисперсионный и конденсационный.
Дисперсионные методы
1. Механическое дробление в шаровых или коллоидных мельницах, где материал вместе с дисперсионной средой и стабилизатором дробится и истирается.
В природе дисперсионный метод получения коллоидов реализуется, например, при извержениях вулканов. Известно, что извержение вулкана Кракатау в Индонезии в 1883 году вызвало выброс в атмосферу 16 км3 расплавленной лавы, камней, грязи и пыли. При этом образовалось большое количество коллоидных частиц, и из-за них в течение нескольких лет наблюдались солнечные закаты удивительной окраски.
2. Электрическое распыление в вольтовой дуге. Для этого два электрода из металла, золь которого хотят получить, погружают в жидкость с добавленным стабилизатором, и пропускают электрический ток. Электроды сближают для получения вольтовой дуги, металл при этом испаряется и конденсируется в жидкости, образуя золь. Этим методом получают золи серебра, золота, платины.
Аналогично получают фуллерены в присутствии лекарственных веществ.
3. Действие ультразвука. Высокочастотные механические колебания (от 20 000 до 1 000 000 колебаний в секунду), которые получают с помощью специальных генераторов. Разрывающие усилия возникают как вследствие чередующихся локальных сжатий и расширений, так и образования и лопания пузырьков при локальных растяжениях жидкости. При этом развиваются локальные избыточные давления порядка тысяч атмосфер. Так получают золи серы, гипса, графита, гидроксидов металлов.
4. Метод пептизации заключается в раздроблении свежеприготовленных рыхлых осадков на отдельные коллоидные частицы при добавлении небольшого количества электролита – пептизатора.
Пептизация имеет биологическое значение: рассасывание камней в почках и печени, атеросклеротических бляшек, тромбов.
Конденсационные методы
Различают физические и химические конденсационные методы образования коллоидов.
К физическим методам относят образование туманов, облаков, дыма, а также метод замены растворителя, в котором вещество хорошо растворимо, на растворитель, в котором данное вещество мало растворимо. Так, например, спиртовой раствор духов или одеколона в воде образуют белую взвесь (суспензию).
В основе химических конденсационных методов лежат химические реакции (окисления, восстановления, гидролиза, обмена), приводящие к образованию труднорастворимых веществ в присутствии тех или иных стабилизаторов.
Например, в формировании структуры почв играет большую роль золь оксида кремния, который образуется при гидролизе силикатов:
Na2SiO3 + H2O = SiO2 + 2NaOH.
Получение дымовых и туманных завес в военном деле осуществляется посредством гидролиза хлорида кремния (или титана):
SiCl4 + 2H2O = SiO2 + 4HCl.
11.3. Поверхностная энергия и поверхностное натяжение
Как было уже отмечено, своеобразие дисперсных систем определяется большой поверхностью дисперсной фазы и физико-химическим взаимодействием дисперсной фазы и дисперсионной среды на границе раздела фаз.
Граница раздела фаз, поверхность раздела, отличается по термодинамическим параметрам от обеих фаз. На поверхности раздела фаз имеют место поверхностные явления – поверхностное натяжение, адсорбция и др.
Поверхностный слой, возникающий на границе различных фаз, следует рассматривать как самостоятельную фазу толщиной в несколько молекул. В отдельных случаях поверхностный слой имеет толщину, равную диаметру молекулы, и его называют мономолекулярным.
Молекулы, ионы, атомы, находящиеся на границе раздела фаз, не равноценны тем же частицам, находящимся в объеме фазы. Внутри объема фазы все силы, действующие на молекулы, одинаковы и их равнодействующая равна нулю. Поверхностный слой обладает нескомпенсированными силами и, в итоге, избыточной поверхностной энергией.
Поверхностная энергия – это потенциальная энергия межфазовой поверхности.
Все возможные поверхности раздела в зависимости от агрегатного состояния граничащих фаз делят на
подвижные поверхности раздела (газ – жидкость, жидкость – жидкость);
неподвижные поверхности раздела (твердое вещество – газ; твердое вещество – жидкость; твердое вещество – твердое вещество).
Поверхностная энергия Гиббса Gs системы пропорциональна межфазной поверхности.
В живых системах величина поверхностной энергии очень велика. Так, поверхность кожи человека составляет 1,5 м2, а поверхность эритроцитов имеет величину 3000 м2. Трудно оценить величину суммарной поверхности, разделяющей все клетки организма, если учесть, что их общее число составляет примерно 1014, а к ним еще следует добавить микроорганизмы кишечной флоры, количество которых больше, чем общее число клеток организма.
Для систем жидкость – газ, жидкость – твердое вещество
Gs = s×S, где
s - коэффициент пропорциональности, называемый поверхностным натяжением. Его величину измеряют в кДж/м2 ил в Дж/см2.
Поверхностное натяжение s - величина, измеряемая энергией Гиббса, приходящейся на единицу площади поверхностного слоя.
Факторы, влияющие на поверхностное натяжение
1. Характер жидкости.
Таблица 12.4.
Дата добавления: 2015-10-11 | Просмотры: 805 | Нарушение авторских прав
|