Освіта і структура колоїдної міцели

При конденсаційному способі отримання колоїдних рас-творити частки дисперсної фази в залежності від умов обра-тання можуть набувати позитивний або негативний знак заряду. Наприклад, при взаємодії розчинів KI і AgNО3 однаковою концентрації, але при надлишку AgNO3 внаслідок утворення осаду AgI по всьому об'єму дисперсійного середовища виникають дрібні годину-Тичко йодиду срібла, утворюючи ядро ​​колоїдної міцели. Виниклі частки зростають за рахунок наявних в розчині іонів Ag + і I -. чергуючись в послідовно-ності AgIAgIAgIAg +. до тих пір, поки зростання не пріостано-вітся через нестачу одного з цих іонів. У наведеному прикладі зростання, очевидно, закінчиться тоді, коли всі іони I - будуть закриті іонами Ag + на поверхні утворилися частинок, внаслідок чого ця поверхня зарядиться позитивно. Такі іони будуть називатися потенціалопределяющего. За правилом Панета-Фаянсу. цими іонами можуть бути тільки іони, що входять до складу ядра і знаходяться в надлишку. В даному випадку це іон Ag +. Ядро міцели з роєм потенциалопределяющих іонів отримало назву агрегат. Під дією електростатичних сил тяжіння до позитивно зарядженої поверхні (агрегату) притягуються протилежно заряджені іони з надлишку. Рой противоионов, що оточують частку, складається з двох якісно неоднакових шарів. Перший шар складається з противоионов, що знаходяться під максимальним впливом електричного поля частинки, а тому і менш рухливих, другий шар складається з противоионов, більш віддалених від поверхні частинки, а тому більш рухливих, в силу чого цей шар іонів і називають рухомим або дифузним.

Такі частинки схематично записуються наступним чином:

де (AgI) m - ядро ​​колоїдної міцели, nAg + - кількість потен-ціалопределяющіх іонів, (n-x) NO3 - - кількість протиіонів (компенсуючих) в нерухомому шарі, xNO3 --кількість протиіонів в рухомому (дифузному) шарі.

При надлишку KI виникає той же гидрозолей йодиду срібла (AgI), але з негативно зарядженими частинками:

У цих умовах міцела набуває такого вигляду (рис.16).

Поширюючи наведений приклад на більш широкий ряд подібних явищ, можна вивести наступне правило: при конденсаційному шляху освіти колоїдних частинок вони заряджаються знаком того іона, який

Мал. 16. Міцела золю йодиду срібла, отриманого при надлишку KI.

знаходиться в надлишку і який дає малорастворимое з'єднання з іоном,

що входять до складу колоїдної частинки. В полярній дисперсійному середовищі (вода) міцела набуває сольватную оболонку.

Заряд частинок, разом з роєм противоионов, називається міцели, і є електронейтральної. Ядро міцели разом з потенціалопределяющего іонами і противоионами нерухомого шару називається гранулою, на відміну від міцели вона несе електричний заряд.

У колоїдних системах на межі поділу дисперсна фаза - дисперсійнаСереда виникає подвійний електричний шар (ДЕС).

Перша теорія освіти ДЕС була розроблена Гельмгольцом, згідно з якою подвійний електричний шар складається з двох шарів - один з яких розташований на твердій поверхні -потенціалопределяющіе іони, інший - в рідкій фазі паралельно поверхні на відстані молекулярного порядку від неї - обмінні іони, тобто характер взаємодії по типу плоского конденсатора (рис.17). Така система в цілому електронейтральна.

Гуи і Чепмен висунули теорію дифузного расположе-ня противоионов. За цією теорією протівоіони не можуть бути зосереджені тільки у межфазовой поверхні і утворювати моноіонних шар, а розсіяні в рідкій фазі на деякому рас-стоянні від кордону розділу. така

Рис.17. Розподіл іонів в подвійному електричному шарі ( «-» - потенціалопределяющего іони, «+» - протівоіони): I -по Гельмгольцу, II- по Гуи і Чепмену, III- по Штерна (вгорі -розташування іонів, внизу - криві падіння потенциа-ла ).

розмита структура подвійного шару визначається, з одного боку, електричним полем у «твердій» фази, які прагнуть залучити еквівалентну кількість протилежно заряджених іонів можливо ближче до твердої поверхні, а з іншого боку, тепловим рухом іонів, внаслідок якого протівоіони прагнуть розсіятися в усьому обсязі рідкої фази . Залежно від переваги тієї чи іншої сили стан противоионов виявляється неоднаковим. Дія електричного поля в безпосередній близькості від міжфазної межі переважає, з віддаленням від неї сила поля слабшає і проявляється все сильніше тепловий рух, рас-сеівающее протівоіони подвійного шару, внаслідок чого концен-трація противоионов падає і стає рівною концентрації тих же іонів, що знаходяться в рідкій фазі. Таким чином, виникає дифузний шар протиіонів, пов'язаний з твер-дой поверхнею, що знаходиться з нею в динамічному равнове-сі (рис.17 II).

Штерном була запропонована схема будови ДЕС, в якій він об'єднав схеми Гельмгольца і Гуи - Чепмена. Згідно Штерна, перший шар протиіонів притягається до твердої по-поверхні під впливом як електростатичних, так і адсорб-ційних сил, частково компенсуючи # 966; 0 - потенціал поверхні. В результаті цього частина протиіонів утримується поверхно-стю на дуже близькій відстані, шар порядку 1-2 молекул, утворюючи плоский конденсатор (по теорії Гельмгольца). Протівоіони, потрібні для повної компенсації потенциалопределяющих в.о.-нів, в результаті теплового руху утворюють дифузну частина подвійного шару. Товщина цього шару може бути значитель-ної і залежить від властивостей і складу системи (рис.17 III). В на-варте час найбільш поширеною є схема ДЕС по Штерна.

Різниця потенціалів між твердою поверхнею колоїдної частинки (ядро з роєм потенциалопределяющих іонів) і розчином (два шари протівоінов), називається термодинамічним або повним - # 966; 0 - потенціалом, величина його визначає розмір міцели (кінетичну стійкість).

Потенціал, який виникає на кордоні нерухомого та дифузного шарів протиіонів, називається електрокінетичних або дзета-потенціалом (# 950;). # 950; - потенціал визначає агрегатівную стійкості-с-колоїдної системи.

У той час як термодинамічний потенціал представля-ет собою падіння потенціалу у всьому подвійному електричному шарі, електрокіне-тичний потенціал - це падіння потенціалу в дифузійної частини ДЕС. величина # 950; - потенціалу знаходиться в прямій залежності від ступеня розмитості ДЕС, тобто від його товщини; товщина ДЕС тим більше, чим менше концентрація електроліту в золі (рис.18).

величина # 950; - потенціалу залежить від багатьох факторів, таких як температура, рН середовища, концентрації електроліту і зола та інших. Експериментально величину і знак # 950; - потенціалу можна визначити по пересуванню колоїдних частинок (електрофен-рез) або по пересуванню

дисперсійного середовища (електроосмос) в електричному полі. Ці явища отримали назву електрокінетичних явищ I порядку (під дією електричного поля рухається дисперсна фаза або дисперсійнаСереда).

Рис.18. залежність # 950; - потенціалу і товщини дифузного шару від концентрації електроліту С (C4> C3> C2> C1), d - розмір дифузного шару протиіонів.

Електрокінетичні явища II порядку - це потенціал течії і

потенціал осідання (під дією руху дисперсної фази або дисперсійного середовища виникає електричний струм).

Завдання 1. Отримання гідрозолі гідроксиду заліза кон-денсаціонним методом (метод гідролізу).

У ретельно вимитого конічній колбі ємністю 250 мл нагрівають до кипіння 100 мл дистильованої води. Потім в киплячу воду по краплях додають 10 мл 2% розчину хлориду заліза (Ш) і кип'ятять розчин ще кілька хвилин.

Після додавання до киплячій воді розчину хлориду заліза (Ш) утворюється колоїдний розчин гідроксиду заліза, окра-шенний в інтенсивно червоно-коричневий колір.

Реакція отримання гідроксиду заліза (Ш) йде за схемою:

Поверхневі молекули агрегату Fe (OH) 3 вступають в хімічну взаємодію з НС1:

Утворені в результаті цієї реакції молекули хлорокиси заліза, піддаючись електролітичноїдисоціації, обра-товують іони FeO + + Cl -. FeOCl ↔ FeO + + Cl -.

Таким чином, будову міцели гідроксиду заліза можна зобразити таким чином:

Як видно зі схеми будови міцели, золь гідроксиду заліза (Ш) заряджений позитивно.

Аналогічний досвід виконайте з холодною водою і відповідай-ті, чому в цьому випадку не утворюється колоїдний розчин.