Свойства коллоидных растворов

Молекулярно-кинетические свойства. Молекулярно-кинетическими называются свойства, которые обусловлены хаотическим тепловым движением частиц. Применительно к коллоидным растворам к этим свойствам следует отнести броуновское движение, диффузию и седиментацию.

Броуновское движение — беспорядочное, хаотичное движение коллоидно- и микроскопически-дисперсных частиц. Название дано по имени английского ученого Р. Броуна, открывшего это явление в 1827 г. Броуновское движение дисперсных частиц происходит вследствие непрерывного колебательного движения молекул дисперсионной среды. Интенсивность движения тем выше, чем больше температура, меньше вязкость среды и выше степень дисперсности.

Диффузия — самопроизвольный процесс перемещения вещества в результате беспорядочного теплового движения частиц, вследствие которого происходит выравнивание концентрации раствора. Скорость диффузии зависит от формы и размеров частиц, температуры и вязкости среды. Скорость диффузии коллоидных частиц меньше скорости диффузии частиц в истинных растворах.

Осмотическое давление коллоидных растворов значительно ниже, чем в истинных растворах той же концентрации. Объясняется это тем, что коллоидные частицы как по величине, так и по массе в огромное число раз больше обычных молекул. Вследствие этого и количество их в коллоидном растворе во столько же раз меньше, чем в молекулярном растворе, а осмотическое давление коллоидов пропорционально числу частиц в единице объема.

Седиментация — оседание (или всплывание) частиц в дисперсионной среде под действием гравитационного поля. Фактором, противодействующим седиментации, является диффузия, стремящаяся выровнять концентрации по всему объему. Действие гравитационных сил оказывается преобладающим лишь для более крупных частиц. Для мелких частиц скорость диффузии достаточна, чтобы предотвратить их оседание. Совокупное действие седиментации и диффузии приводит к установлению с течением времени седиментационного равновесия, характеризующегося постепенным уменьшением концентрации от нижних к верхним слоям раствора.

Электрические свойства. В коллоидном растворе частицы находятся в постоянном движении, поэтому диффузный (очень размытый) слой В несколько отстает от частицы, и часть ионов этого слоя отрывается. В результате наблюдается декомпенсация зарядов, коллоидная частица становится отрицательно заряженной, а окружающий ее раствор приобретает положительный заряд. Возникающий при этом потенциал называется электрокинетическим потенциалом частицы (обозначается ξ - потенциал, читается — дзета-потенциал). ξ -потенциал составляет часть термодинамического потенциала ξ, возникающего на границе твердое тело—раствор (см. рис. 4).ξ -потенциал является важной характеристикой системы, величина его тем больше, чем больше толщина диффузного слоя.

Диффузная часть двойного электрическою слоя не только подвижна, но и изменчива. Если повышать концентрацию раствора, то происходит вытеснение противоионов из диффузной в плотную часть двойного электрического слоя. Толщина слоя и величина t -потенциала снижаются. Можно обеспечить такую концентрацию, когда вследствие перемещения противоионов % -потенциал станет равным нулю. В этом состоянии системы изменение термодинамического потенциала ξ от максимума до нуля происходит в адсорбционном слое. Это состояние системы называется изоэлектрическим и характеризуется изоэлектрической точкой.

Отличительным свойством коллоидных систем является их способность рассеивать свет. В темноте при пропускании пучка света через коллоидную систему виден светлый конус (эффект Тиндаля, описавшего это явление). Растворы ВМС при боковом освещении дают размытый конус Тиндаля.

УСТОЙЧИВОСТЬ И РАЗРУШЕНИЕ КОЛЛОИДНЫХ РАСТВОРОВ

Для коллоидных систем введены понятия о кинетической и агрегативной устойчивости.

Под кинетической устойчивостью понимают способность частиц коллоидного раствора находиться во взвешенном состоянии даже при существенном различии в плотностях дисперсионной среды и дисперсной фазы. Кинетическая устойчивость свойственна сильно разбавленным растворам и очень высокодисперсным золям.

Агрегативная устойчивость — способность системы сохранять свою степень дисперсности. Устойчивость коллоидных растворов связана с наличием одноименного заряда у коллоидных частиц. Двигаясь, частицы сближаются, при этом проявляются действие отталкивания одноименных ядер частиц и действие притяжения за счет межмолекулярных сил. В зависимости от того, какие силы преобладают, система либо устойчива, либо частицы дисперсной фазы слипаются и укрупняются.

Устойчивость коллоидных растворов можно повысить введением стабилизаторов. В качестве стабилизаторов используют высокомолекулярные соединения, такие, как белки, поверхностно-активные вещества и т.д. Стабилизаторы адсорбируются в поверхностном слое частиц и как бы придают золю свойства раствора использованного стабилизатора.

Под воздействием различных факторов коллоидные растворы способны разрушаться. Разрушение может сопровождаться слипанием отдельных частиц с образованием крупных агрегатов. Такой процесс разрушения коллоидного раствора называется коагуляцией. Коагуляция нарушает агрегативную устойчивость коллоидного раствора, крупные агрегаты частиц легко седиментируют под действием гравитационных сил.

Причиной коагуляции могут быть самые разнообразные факторы: изменение температуры и концентрации коллоидного раствора, его старение, механические воздействия, введение в раствор золей с противоположным знаком заряда, добавление электролитов. Наибольшее практическое значение имеет последний фактор.

При введении в золь электролита (коагулянта) коагулирующее действие оказывает ион, имеющий противоположный заряд: для отрицательно заряженных золей — катион, для золей с положительным зарядом частицы — анион. Наименьшая концентрация электролита, вызывающая коагуляцию, называется порогом коагуляции. Чем выше заряд коагулирующего иона, тем ниже его пороговая концентрация. Коагуляция золя происходит при достижении в растворе критической величины ξ - потенциала, т.е. еще до достижения системой изоэлектрического состояния.

При определенных условиях процесс коагуляции может оказаться обратимым, и образовавшийся коагулят вновь может перейти в золь. Этот процесс называет пептизацией. Пептизация тем вероятнее, чем выше гидрофильность осажденного золя, и легче происходит в свежеосажденной системе с рыхлой структурой осадка. Причиной пептизации может быть введение в систему электролита с потенциалообразующими ионами, которые, адсорбируясь на частицах осадка, сообщают им заряд. В такой системе возрастает % -потенциал, одноименно заряженные частицы отталкиваются друг от друга и начинают переходить в раствор.