Часть II.
НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
Раздел 11. ПОДГРУППА
КАРБОНА
§
11.7. Понятие о коллоидные растворы
В природе и технике часто
встречаются дисперсные системы, в которых одно вещество равномерно распределено в
виде частиц внутри другого вещества.
В дисперсных системах различают
дисперсную фазу - тонко измельченное вещество и дисперсионную среду - однородную
вещество, в котором распределена дисперсная фаза. Например, в мутной воде,
содержит глину, дисперсной фазой являются твердые частицы глины, а дисперсионным
средой - вода; в тумане дисперсная фаза - частицы жидкости, дисперсионное
среда - воздух; в дыме дисперсная фаза - твердые частицы угля,
дисперсионное среда - воздух; в молоке дисперсная фаза - частички жира,
дисперсионную среду - жидкость и т. д.
К дисперсных систем относятся
обычные (истинные) растворы, коллоидные растворы, а также суспензии и эмульсии.
Они отличаются друг от друга прежде всего размерами частиц, т.е.
степенью дисперсности (раздробленности).
Системы с размером частиц, меньшим
за 1 нм, представляют собой истинные растворы, состоящие из молекул или ионов
растворенного вещества, их следует рассматривать как однофазную систему. Системы с
размерами частиц более 100 нм - это грубодисперсные системы: суспензии и
эмульсии.
Суспензии - это дисперсные системы, в
которых дисперсной фазой является твердое вещество, а дисперсионным средой -
жидкость, причем твердое вещество практически нерастворимо в жидкости. Чтобы приготовить
суспензию, надо вещество измельчить до тонкого порошка, высыпать в жидкость, в
которой вещество не растворяется, и хорошо взболтать (например, перемешивания глины в
воде). Через некоторое время частицы выпадут на дно сосуда. Очевидно, чем
мельче частицы, тем дольше будет сохраняться суспензия.
Эмульсии - это дисперсные системы, в
которых и дисперсная фаза, и дисперсионное среда являются жидкостями, которые не смешиваются
между собой. Из воды и масла можно приготовить эмульсию, долго взбалтывая смесь.
Примером эмульсии является молоко, в котором мелкие шарики жира плавают в жидкости.
Суспензии и эмульсии - двухфазные
системы.
Коллоидные растворы - это
высокодисперсные двухфазные системы, состоящие из дисперсионной среды и
дисперсной фазы, причем линейные размеры частиц последней
находятся в пределах от 1
до 100 нм. Как видим, коллоидные растворы по размерам частиц являются промежуточными между
истинными растворами и суспензиями и эмульсиями. Коллоидные частицы обычно
состоят из большого числа молекул или ионов.
Коллоидные растворы иначе называют
золями. их добывают дисперсионными и конденсационными методами. Диспергирование
чаще всего осуществляют с помощью особых “коллоидных мельниц”. При
конденсационном методе коллоидные частицы образуются за счет объединения
атомов или молекул в агрегаты. Например, если возбуждать в воде дуговой
электрический разряд между двумя дротиками из серебра, то пара металла конденсируется
в коллоидные частицы. Во время протекания многих химических реакций также происходит
конденсация и образуются высокодисперсные системы (выпадение осадков, ход
гидролиза, окислительно-восстановительные реакции и т.д.).
Золи обладают рядом специфических
свойств, которые детально изучает коллоидная химия. Так, золе в зависимости от
размеров частиц могут иметь различную окраску, а в истинных растворов оно
одинаковое. Например, золи золота могут быть синими, фиолетовыми, вишневыми,
рубиново-красными.
В отличие от истинных растворов для
золей характерен эффект Тиндаля, т.е. рассеяние света коллоидными частицами.
При пропускании через золь пучка света появляется светлый конус, видимый
в затемненном помещении (рис. 11.3). Таким
Рис. 11.3. Прохождение луча сквозь
истинный и коллоидный растворы:
1 - источник света; 2 - истинный
раствор;
3-световой конус; 4 - коллоидный
раствор (золь)
образом
можно распознать, коллоидным или истинным является данный раствор.
Одним из важных свойств золей
является то, что частицы данного золя имеют электрические заряды одного знака. Благодаря
этом они не объединяются в более крупные частицы и не осаждаются. При этом
частицы одних золей, например металлов, сульфидов, силикатного и станатної
кислот, имеют отрицательный заряд, других (например гидроксидов, оксидов металлов,-
положительный заряд. Возникновение заряда объясняется адсорбцией коллоидными
частицами ионов из раствора.
Для осаждения золя необходимо, чтобы
его частицы объединились в более крупные агрегаты. Объединение частиц в более крупные
агрегаты называется коагуляцией, а осаждение их под действием силы гравитации -
седиментацією.
Конечно коагуляция происходит при
добавлении к золя:
1)
электролита; 2) другого золя, частицы которого имеют противоположный заряд; 3) при
нагревании.
При определенных условиях коагуляция золей
приводит к образованию студенистой массы, которую называют гелем. В этом случае вся
масса коллоидных частиц, связывая растворитель, переходит в своеобразный
полужидкий-полутвердый состояние. От гелей следует отличать студень - растворы
высокомолекулярных веществ в низкомолекулярных жидкостях (гомогенные системы).
Они могут образоваться при набухании твердых полимеров в определенных жидкостях.
Значение золей исключительно велико,
поскольку они более распространены, чем истинные растворы. Протоплазма живых клеток, кровь,
соки растений - все это сложные золи. С золями связано производство искусственных
волокон, оказания кож, окраски, изготовления клеев, лаков, пленок, чернил.
Много золей в почве, и они имеют важное значение для ее плодородия.
Силикагель, т.е. обезвоженная силикатная кислота, широко используется при
очистке жидкостей и газов.