Вопрос 3. Строение коллоидных частиц.

Согласно общепринятой мицеллярной теории строе­ния коллоидных растворов, золь состоит из двух частей мицелл и интермицеллярной жидкости. Мицелла — это структурная коллоидная единица. Интермицеллярнойжидкостью называют дисперсную среду, разделяющую мицеллы.

Рис. 3. Строение мицеллы золя иодида серебра.

В центре мицеллы (рис. 3) находится кристаллическое тело, названное Песковымагрегатом.На нем, согласно правилу Панетта—Фаянса, адсорбируются ионы, способные достраивать его кристаллическую решетку. Эти ионы сообщают агрегату электрический заряд и называются потенциалоопределяющими.В результате образуется ядромицеллы, несущее электрический заряд. Ядро создает вокруг себя электрическое поле, под действием которого к нему из раствора притягиваются противоионы,образующие вокруг ядра диффузный слойи частично входящие в состав адсорбционного слоя.Ядро совместно с адсорбционным слоем противоионов называется коллоидной частицей.

Строение мицеллы удобно представлять в виде формулы. Для золя АgI формула мицеллы пишется так, если  стабилизатором будет AgNO₃:

{ m [ АgI ] n Аg⁺ ( n - x) NO₃^- } x NO₃^-

↓ ↓             ↓              ↓

                             агрегат ядро    частица   мицелла

m — число молекул

n — число потенциалопределяющих ионов,   

Ag⁺ — часть из них входит в адсорбционный, часть в диффузный слой,

Если стабилизатором будет КI, то формула мицеллы запишется так:

                      {m[AgI]nI(n-х)K⁺}хК⁺

Для гидрозоля Fе(ОН)₃, где стабилизатором является FеСI₃ формула мицеллы имеет вид:

                                  { [ mFе(ОН)₃ ] nFe₃³⁺( n - х ) СI^- } 3 х СI^-

Примером золя, у которого, стабилизатор образуется при взаимодействии вещества дисперсной фазы с диспер­сной средой, может быть гидрозоль SiO₂. На поверхности золя возможна реакция с образованием метакремниевой кислоты:

SiO₂ + Н₂O = Н₂SiO₃?

которая служит стабилизатором золя,

                              { m[ SiO₂ ] n НSiO₃^- (n - х ) Н⁺} х Н⁺

Вопрос 4. Свойства золей.

Электрокинетические явления.

В 1809 году профессор Московского университета Ф. Ф. Рейс описал неизвестные ранее явления, положив­шие начало изучению электрических свойств дисперсных систем.

Если в слой сырой глины погрузить на близком рас­стоянии две стеклянные трубки с водой, в которые насы­пан песок, исполняющий роль пористого тела, погрузить инертные электроды и создать разность потенциалов, то уровень жидкости в трубке с положительным электродомпонизится, а жидкость помутнеет, В трубке с отрицатель­ным электродом жидкость не мутнеет и уровень ее повысится. Таким образом, при наличии разности потенциа­лов дисперсная фаза и дисперсионная среда двигаются в противоположных направлениях.

Электрофорез— перемещение частиц дисперсной фазы в электрическом поле.

Электроосмос— перемещение дисперсионной среды в электрическом поле,

Электрофорез используют при обезвоживании нефти, при очистке газообразных отходов производства (электрофильтры), при изготовлении гуммированных покрытий и резиновых изделий из латекса, в медицине для введения в организм лекарств в коллоидном состоянии.Электроосмос используется при опреснении воды, при очистке лекарств, дублении кожи.

Оптические свойства коллоидных систем.

По своим оптическим свойствам коллоидные растворы отличаются от истинных и грубодисперсных систем. В грубодисперсных системах размер частиц больше длины волны видимого света. Поэтому световые лучи, проходящие через грубодисперсную систему, не могут обойти частицы суспензии или эмульсии, они отражают и преломляются на границе частиц со средой, обусловливая их мутность, видимую невооруженным глазом,  В истинных растворах светорассеяние ничтожно, так  как размер частиц дисперсной фазы очень мал и нет препятствий для прохождения лучей.

Наиболее характерным оптическим свойством коллоидных растворов является опалесценция (светорассеяние). Частицы коллоидной дисперсности меньше длины полу­волны света, и поэтому рассеяние света обусловлено неотражением света от поверхности частиц, а его дифрак­цией. Рассеяние света было исследовано Тиндалем, кото­рый обнаружил, что при освещении коллоидного раство­ра световым пучком его путь при наблюдении сбоку виден в виде светящегося конуса — конуса Тиндаля.     

Подобное явление наблюдается при прохождении луча в темном задымленном помещении (например, во время показа кино), при свете автомобильных фар в туманную погоду и в других случаях.

Для интенсивности рассеянного света Релеем в 1871 году была выведена зависимость:

I_р= 24π³ I₀ (n₁² - n₂²)² ΰ V² / (n₁²+ 2n₂²) λ⁴

где I_р — интенсивность рассеянного света,

I₀ — интенсивность падающего света,

n₁ и n₂ — показатели преломления дисперсной фазы и дисперсной среды,

ΰ — концентрация,

V — объем одной частицы,

λ — длина световой волны.

Из этого уравнения видно, что интенсивность рассеян­ного света обратно пропорциональна 4-й степени длины волны. Если падающий свет полихроматичен, то рассе­янный свет должен быть богаче короткими волнами, т. е. при боковом освещении коллоиды имеют синеватую окраску, а в проходящем красную.

На интенсивности рассеяния лучей коротковолновой части спектра основано применение ламп синего цвета для светомаскировки и красного для сигналов опасности. Крас­ный свет виден на большое расстояние из-за малого све­торассеяния. По той же причине противотуманные фары имеют оранжевую окраску.

На явлении светорассеяния основан метод определе­ния концентрации и степени дисперсности коллоидныхсистем — нефелометрия.

Если взять два золя, в которых будут разными только концентрации, а все остальные величины будут одинаковы, то при освещении золя пучком света одинаковой ин­тенсивности получим:

I₁ / I₂ = C₁ /С₂

  где I₁ и I₂ — интенсивности рассеяния светарастворами 1 и 2,

С₁и С₂ — концентрации этих растворов,

Отсюда, зная концентрацию одного из золей, можно, определить концентрацию второго. Аналогично можно определить степень дисперсности, если для одного' золя, являющегося эталоном, радиус частиц определен.Метод химического анализа, основанный на измерении интенсивности рассеянного света, называется нефелометрией.