Пример способа получения коллоидного раствора диспергированием

Методы получения коллоидных растворов

Методы получения и исследования дисперсных систем

Лекция 8

Для получения коллоидных растворов необходимо: 1) достичь коллоидной степени дисперсности; 2) подобрать дисперсионную среду, в которой нерастворимо вещество дисперсной фазы; 3) подобрать третий компонент — стабилизатор, сообщающий коллоидной системе устойчивость.

Образовывать коллоидные растворы в воде могут металлы, малорастворимые в ней оксиды, гидроксиды, кислоты, соли. Хорошо растворимые в воде вещества, но малорастворимые в неполярных органических растворителях не способны образовывать гидрозоли, но могут образовывать органозоли. Так, например, не возможно получить гидрозоль натрия хлорид, но возможно получение его коллоидного раствора в бензоле. И наоборот, можно легко получить гидрозоль камфоры, практически нерастворимой в воде, но невозможно получить ее коллоид в спирте, поскольку камфора хорошо растворима в этом растворителе.

В качестве стабилизаторов используют вещества, препятствующие агрегации коллоидных частиц в более крупные и выпадению их в осадок. Таким действием обладают: небольшой избыток одного из реагентов, из которых получается вещество дисперсной фазы, ПАВ, белки, полисахариды и др.

По размеру частиц дисперсной фазы коллоидные системы (d ≈10 -7 — 10 -9 м ) занимают промежуточное положение между микрогетерогенными (грубодисперсными) системами (d >10 -7 м ) и истинными растворами, (размер растворенных частиц d -9 м ) низкомолекулярных веществ. По способу достижения коллоидной степени дисперсности различают методы (рис. 12.1): диспергационные (от лат.disper-

Грубодисперсная система	Коллоидно-дисперсная система	Истинный раствор
d>l(r 7 M	10- 7 M10- 9	d 9 M
ДИСПЕРГИРОВАНИЕ	КОНДЕНСИРОВАНИЕ

Увеличение степени измельчения

Увеличение размеров частиц

Рис.12.1 Способы достижения коллоидной степени дисперсности gire — измельчать) — получение частиц дисперсной фазы путем дробления более крупных частиц и конденсационные (от лат. condensire — укрупнять) — получение частиц дисперсной фазы путем объединения атомов, молекул, ионов

Методы диспергирования. Для измельчения жидкостей и твердых тел необходимо совершить работу. Эта работа тем больше, чем меньше размер частиц дисперсной фазы. Энергия, расходуемая при диспергировании, идет на преодоление молекулярных сил притяжения и на увеличение межфазной поверхности

Для достижения требуемой степени дисперсности применяют механическое дробление, ультразвуковое, электрическое и химическое диспергирование.

Механическое дробление осуществляют с помощью шаровых и коллоидных мельниц в присутствии жидкой дисперсионной среды и стабилизатора. Схема шаровой мельницы представлена на рис. 12.2, а. Шары измельчают материал дисперсной фазы при вращении за счет раздавливания, раскалывания и истирания.

В коллоидных мельницах измельчение материала достигается его истиранием между поверхностями статора и вращающегося ротора (рис. 12.2, б).

Измельчение с помощью ультразвука происходит под действием источника ультразвуковых колебаний на смесь нерастворимых друг в друге жидкостей или твердого тела с жидкостью.

Электрическое диспергирование используют для получения золей металлов. К электродам, изготовленным из диспергируемого металла и опущенным в подщелоченную воду, подводят постоянный электрический ток и сближают электроды до образования электрической дуги. Металл, из которого изготовлены электроды, при этом превращается в пар, конденсирующийся в жидкой среде в золь. При получении органозолей (дисперсионная среда органический растворитель) применяют высокочастотный искровой заряд.

Химическое диспергирование, или пептизация, заключается в химическом воздействии на осадок.

Конденсационные методы. Взаимодействие ионов и молекул с образованием частиц коллоидных размеров может быть достигнута физическими и химическими методами.

Физическая конденсация имеет в своей основе физические методы воздействия. Чаще всего для получения золей используют метод замены растворителя. Вначале готовят истинный раствор вещества в летучем растворителе (например, канифоли в спирте) и добавляют к жидкости, в которой вещество нерастворимо (например, к воде). Летучий растворитель удаляют нагреванием. В результате происходит резкое понижение растворимости. Молекулы вещества конденсируются в частицы коллоидных размеров и образуется коллоидный раствор.

При химической конденсации для получения коллоидных растворов используют любые реакции, в результате которых образуются труднорастворимые соединения:

Источник

Диспергационные методы получения коллоидных систем

Диспергированием называют измельчение твердых или жидких тел в инертной среде, при котором резко повышается дисперсность и образуется дисперсная сис-тема, обладающая значительной удельной межфазной поверхностью. Диспергиро-вание – не самопроизвольный процесс. Оно требует затраты энергии на преодо-ление межмолекулярных сил при дроблении вещества. Диспергирование делится на физические и химические виды.

Различают 3 способа физического диспергирования.

Размалывание в коллоидных мельницах. При простом механическом дробле-нии или растирании образуются порошки с сравнительно большими размерами зёрен (т.е. грубодисперсные системы). Для получения коллоидных систем диспергирование проводят в коллоидных мельницах (первая коллоидная мельница сконструирована Плауссоном в 1920 г.).

Лабораторные коллоидные (шаровые) мельницы (рис.1 А) представляют собой вращающий барабан, заполненный шарами из материалов с определенной твердостью (из стали, чугуна или фарфора). При враще-нии барабана шары перекатываются и своими много-кратными ударами, раскалыванием и растиранием измельчают вещество на все более мелкие частицы. Принцип действия промышленных коллоидных мель-ниц (рис.1 Б) основан на развитии достаточно больших разрывающих (истирающих) усилий в веществе под действием центробежной силы в узком зазоре между вращающим ротором и неподвижным статором. Дроб-ление осуществляют в присутствии жидкой диспер-сионной среды и стабилизатора.

Рис.1. Схемы шаровой и коллоидной мельниц

Коллоидные мельницы применяются для диспергирования минеральных красок, смазочных материалов (графит), пищевых веществ, фармацевтических препаратов (сера), сорбентов для хроматографии.

Дробление ультразвуком.Под действием звука большой частоты (15000-20000 Гц/с) происходит попеременное (быстро чередующееся) расширение и сжа-тие вещества, приводящее к разрушению частиц. Этот метод применим для веществ, у которых сравнительно небольшое взаимодействие между молекулами, например, для диспергирования жидкостей. Этим методом получают органозоли, коллоидные растворы серы, графит, гипс, крахмал, желатин, каучук и др. По этому способу получаются эмульсии, используемые при парэнтеральном питании больных (ожогами пищевода, раком желудка).

Распыление электрической дугой. Для полу-чения золей металлов (серебра, золота, платины) электроды из соответствующего металла поме-щают в растворитель и пропускают ток большой силы. При этом в электрической дуге металл испаряется и его атомы, попав в окружающий чужеродный холодный растворитель, вытесняют-ся из окружения растворителя, конденсируются (объединяются) в более крупные частицы. Этот метод можно рассматривать и как конденсационный метод.

Рис.2. Схема прибора для получения золей металлов электрическим способом

Химическое диспергирование (пептизация)

Перевод осадка, образовавшегося при коагуляции, в коллоидный раствор назы-вают химическим диспергированием. Термин был введён Т.Грэмом на основании чисто внешнего сходства процесса пептизации с растворением (перевариванием) белков под действием фермента желудочного сока пепсина.

Пептизация может происходить в результате промывания осадка растворите-лем или под действием специальных веществ – пептизаторов, которые представ-ляют собой сильные электролиты, образующиеся в результате химической реак-ции либо вводимые в раствор. При этом ионы пептизатора адсорбируются на по-верхности частиц рыхлого свежо образованного осадка, придают им определен-ный заряд. Благодаря этого частицы взаимно отталкиваются и наблюдается распад более крупных частиц осадка на мелкие. Таким образом происходит «химическое» раздробление вещества (см. рис. 3).

Рис.3. Механизм пептизации

Различают адсорбционную, химическую пептизации, промывание осадка растворителем. В случае адсорбционной пептизации осадок обрабатывают электролитом, содержащим ионы, способные к избирательной адсорбции на поверхности осадка (например, при обработке осадка Fe(OH)₃ раствором FeCl₃). В случае химической пептизации осадок вступает в химическое взаимодействие с небольшим количеством электролита (кислотой или щелочью), в результате которого образуется стабилизирующий электролит. Например, при частичной обработке осадка гидроксида железа (III) раствором соляной кислоты, протекает реакция Fe(OH)₃ + HCl = FeOCl + 2H₂O и образуется электролит, который диссоциирует на ионы: FeOCl FeO + + Cl — .

На поверхности осадка Fe(OH)3, в соответствии с правилом Панета-Фаянса (в результате химичес-кого сродства), адсорбируются ионы FeO + и при-дают ей положительный заряд. В результате элек-тростатического отталкивания одноименно заря-женных частей поверхности, наблюдается посте-пенное увеличение трещин (см. рис.4), что приво-дит к распаду агрегата осадка на более мелкие час-тицы. Процесс протекает до распада частиц на частицы коллоидных размеров.

Рис.4 Схема расклинивающего действия адсорбированного слоя ионов пептизатора

Промывание осадка растворителем осуществляют тогда, когда коллоидная система получена в присутствии значительного избытка одного из реагентов. Устойчивость системы достигается за счёт удаления некоторого избыточного количества электролита.

Дата добавления: 2015-11-12 ; просмотров: 2126 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Методы получения коллоидных растворов

Коллоидные растворы по размерам частиц занимают промежуточное положение между грубодисперсными и истинными. Поэтому выделяют две группы методов их получения:

1) дисперсионные (дробление грубодисперсных частиц до частиц коллоидной степени дис­персности);

2) конденсационные (укрупнение частиц истинных растворов в агрегаты коллоидных систем).

Эти группы методов, в свою очередь, делятся на физические и химические.

Самым распространённым из дисперсных химических методов получения золей является метод пептизации (процесс перевода осадка (гидроксида металла) в коллоидный раствор под действием диспергирующих средств).

В качестве пептизатора используют хорошо растворимую соль соответствующего металла. Например, мицелла золя гидроксида железа (III) Fe(OH)₃ полу­чается в присутствии пептизатора FeCl₃ –сильного электролита:

nFeCl₃ ↔ n Fe 3+ + 3nCl —

ядро адсорбционный слой диффузионный слой

гранула
мицелла

К конденсационным химическим методам относят:

1) метод обменной реакции, в ходе которой получается нерастворимое вещество, причём одно исходное вещество должно быть в избытке:

AgNО₃ + KI → AgI ↓ + KNО₃

nAgNО₃ ↔ nAg + + n NO₃‾

ядро адсорбционный слой дифф. слой

2) метод гидролиза, в результате которого получается нерастворимое соедине­ние.

Fe(OH)₃ + HCl → FeОCl + 2H₂O

Продукт этой реакции – хлорокись железа(III) может диссоциировать и стабилизировать мицеллообразование.

FeOCl ↔ FeO + +Сl‾

3) метод окислительно-восстановительных реакций

5.4.Свойства коллоидных растворов

1. Молекулярно-кинетические свойства, общие для истинных и коллоидных раство­ров: осмос, осмотическое давление, диффузия, броуновское движение.

Но в коллоидных растворах эти процессы идут медленнее.

2. Оптические свойства – это специфические свойства, присущие только коллоидным растворам.

a) опалесценция — это явление рассеяния проходящего через коллоидный раствор света с изменением окраски золя.

b) эффект Фарадея-Тиндаля — явление изменения формы пучка проходящего через раствор света на конусовидную.

3. Электрические свойства

a) электрофорез — явление перемещения частиц дисперсной фазы в элек­трическом поле;

b) электроосмос — это явление перемещения частиц дисперсионной среды (растворите­ля) относительно неподвижной дисперсной фазы. Например, течение жидкости через капиллярные системы под влиянием разности потенциалов.

На этих свойствах основаны методы введения лекарственных препаратов через кожу.

4. Электрокинетические свойства характеризуют возникающие в мицелле потенциалы.

a) электротермодинамический (Е) потенциал — возникает на границе ядра и слоя потенциалопределяющих ионов. Величина этого потенциала постоянна и зависит от числа потенциалопределяющих ионов, у многих коллоидных растворов она достигает 1В.

b) электрокинетический ζ, (дзетта) потенциал — возникает на границе адсорбционного и диффузионного слоев. Величина ζ — потенциала пропорциональна числу ионов диффузионного слоя и ионной силе раствора.

Концентрация противоионов в диффузионном слое убывает от центра к периферии, ζ-потенциалв этом направлениитак же падает до нуля. Если все противоионы перейдут в адсорбционный слой, то ζ-потенциал станет равен 0.

Состояние системы, когда общий заряд её равен нулю, называется изоэлектрическим состоянием.

Коллоидные растворы являются термодинамически неустойчивыми.

Источник