Устойчивость и коагуляция коллоидных систем

В 1808 г. профессор петербургского университета Ф. Ф. Рейсс (1778— 1852) обнаружил, что под действием электрического поля частички глины, взвешенные в воде, двигаются к одному из электродов. Явление такого перемещения коллоидных частиц в электрическом поле было названо электрофорезом. Электрофорез происходит из-за наличия на поверхности коллоидных частиц двойного электрического слоя (см. также подпараграф 5.2.3).

Строение двойного электрического слоя мицеллы

Как уже отмечалось, при адсорбции ионов на поверхности твердых адсорбентов образуется двойной электрический слой — ДЭС. Современные представления о строении двойного электрического слоя базируются на теории Штерна. Согласно этой теории ДЭС состоит из заряженной поверхности и противоположно заряженной части слоя, в которой находятся противоионы. Одна часть противоионов примыкает непосредственно к заряженной поверхности, образуя плотный адсорбционный слой (или слой Гельмгольца). Другая часть противоионов под действием теплового движения распространяется вглубь фазы, образуя так называемый диффузный слой, или слой Гуи. Толщина плотного слоя Гельмгольца принимается равной радиусу гидратированного противоиона 5. В диффузном слое противоионы распределены неравномерно: их концентрация уменьшается с увеличением расстояния от поверхности.

Рассмотрим строение ДЭС на поверхности коллоидной частицы Agl, полученной путем химической конденсации в реакции обмена

Для образования частиц коллоидных размеров реакцию производят в избытке либо AgN03, либо KI (см. рис. 5.16).

При избытке AgN03 неиндифферентными и потенциалобразующими ионами выступают ионы Ag+, а противоионами — N03. При избытке KI неиндифферентными и потенциалобразующими ионами являются ионы I", а противоионами — ионы калия. Адсорбируясь на поверхности кристалла Agl, неиндифферентные ионы достраивают кристаллическую решетку и заряжают поверхность своим знаком заряда. Например, на рис. 6.5 в роли неиндифферентных потенциалобразующих ионов выступают ионы йода (реакция проводилась при избытке KI), в роли противоионов — ионы калия, часть которых находится в адсорбционном слое, а другая часть — в диффузном слое. Для такой системы формулу ДЭС записывают следующим образом:

Коллоидную частицу вместе с двойным электрическим слоем называют мицеллой. Внутреннюю часть мицеллы составляет агрегат — микрокристалл Agl, состоящий из т пар ионов Ag+ и I-. Агрегат вместе с п потенциалобразующими ионами I" составляет ядро мицеллы. Ядро мицеллы и (л - х) К+ — противоионов плотной (адсорбционной) части ДЭС образуют гранулу, или частицу. Гранулу окружают хК+ — противоионов диффузного слоя.

Если же указанная система получена при избытке нитрата серебра, то неиндифферентными и потенциалопределяющими являются ионы Ag+ и формула мицеллы (строение двойного электрического слоя) имеет вид

Большой адсорбционной способностью обладают молекулы поверхностно-активных веществ. Адсорбируясь на поверхности агрегата, эти вещества образуют адсорбционный слой, состоящий из ориентированных молекул. Если молекулы ПАВ диссоциируют при этом на ионы, то у поверхности частицы также возникает двойной электрический слой.

Во всех рассмотренных случаях заряд потенциалопределяющих ионов п не полностью компенсируется зарядом противоионов адсорбционного слоя (п - х) и на границе раздела адсорбционного и диффузного слоев существует заряд, положительный или отрицательный (х+ или х"). Именно существование такого заряда заставляет двигаться коллоидные частицы под действием электрического поля, обусловливая явление электрофореза. Наличие заряда на поверхности коллоидных частиц обусловливает также их устойчивость к слипанию — коагуляции: заряженные частицы отталкиваются друг от друга.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >