Коагулацията на частици в колоидни системи
Агрегатни и кинетичната стабилност на колоидни системи
Колоидни системи са термодинамично стабилни само относително. Чрез понижаване на ефективността на факторите на стабилност на частиците комбинират, за да се утаи и системата свива. Процесът на разширяване и спонтанно асоциация на колоидни частици, последвано от нанасяне на агрегати на утаява наречен коагулация. Този процес се справи с факторите на агрегат и кинетичната стабилност. Агрегат стабилност - е стабилността на системата за процеса на свързване на частици в по-големи агрегати. Тези агрегати уреждат бързо и системата се срива. Този процес се случва, защото колоидни системи имат излишък повърхност свободна енергия поради големия общата повърхност на частиците. В сблъскването на частиците по време на топлинна движение е много вероятно тяхната адхезия поради нормални междумолекулни частици привличане вещество. Комбинация повърхност на частиците свободна енергия се намалява и системата като цяло става термодинамично по-стабилна, като общата повърхност на дисперсната фаза намалява. Въпреки моментната асоциация на частици в разтвор противодейства фактори общата стабилност. lyophobic колоидни системи за частици се появява в еквивалентни адсорбционни електролитни йони озаглавен частици придобиват заряд, отблъскват един друг и по този начин се запазват в разтвора. лиофилни колоидни системи, образувани около частиците по-голям солват обвивка на молекули на разтворителя. Те не позволяват на частици да се движат по-близо до малко разстояние, на което да влезе в сила междумолекулни атракция сили. Тези стабилност фактори - образуване на заряд поради адсорбция на йони и появата на солватни черупки - осигуряват агрегатно стабилност на колоидни системи.
Кинетичната стабилност - е стабилността на колоидни системи срещу утаяване на частици, което е причинено от гравитацията. Кинетичната фактор стабилност е степента на фрагментация на частици или disperstnosti. От Stokes уравнения:
S-, където скоростта на утаяване, R- радиуса на частицата, D1 и D2 - плътност колоидни частици и разтворител, g- фактор свободно падане, - вискозитет разтворителя.
От това следва, че по-малките частици, толкова по-бавно те се утаи и по-стабилна колоидна система.
Коагулация на колоидни системи може да доведе до следните резултати:
механично разклащане, разбъркване, разклащане колоиден разтвор;
добавяне на коагулация на електролит;
премахване стабилизиращ електролит, като например диализа;
външен потенциална разлика през колоиден разтвор;
добавяне на друго решение на колоидни частици с противоположен заряд (взаимно коагулация).
Молекулно кинетичен механизъм на коагулация на колоидни частици
Комбинации на колоидни частици в коагулацията настъпва под действието на нормални сили на привличане междумолекулна - физически сили на Ван дер Ваалс сили. Тези сили стават оперативни само с много малки разстояния от порядъка на 10 до 10 -8 -9 m. Тази конвергенция е възможно по време на топлинна движение на частиците. Следователно, всички ефекти, които увеличават скоростта и броя на удари между частиците (треперене, разбърквай разтвор, увеличаване на неговата концентрация) насърчаване на коагулация. Въпреки това, близък контакт на частиците предотвратяване на електростатичен отблъскване на йони адсорбирани и частици солват черупки. Ето защо, коагулация на частиците почти винаги е необходимо предварително да се неутрализира обвинителните и унищожаване солватните черупки. Това се постига чрез въвеждане в коагулация колоидна система на електролити или чрез отстраняване на стабилизиране на електролита. За да започне коагулация необходимо частично таксуване неутрализирането на частиците, тя намалява до критичната стойност, при която кинетичната енергия на движение на частиците е достатъчна, за да се преодолее остатъчната им електростатично отблъскване и частиците се приближават минималното разстояние, на което да започне да управлява междумолекулните атракция сили. Тази минимална такса, с което става възможно да се изчисти от решаващо значение за коагулацията нарича зета потенциал. Той е около 30 мВ.
Следователно, във всеки случай, коагулация на колоидни частици се осъществява чрез тяхното движение и удар, и молекулното кинетичен механизъм е неразделна част от общ механизъм на коагулацията на частиците. Scientific Smoluchowski последователност намерено разширяване частици по време на коагулацията. частици прекурсорни, наречени частиците от първи ред заедно и образуват по-големи частици от втори ред. С течение на времето, частиците на втори ред се смесват с частиците на първия ред и образуват по-големи частици на третия ред и т.н. Броят на първи ред частици постоянно намалява и броят на частиците на всяка от следните увеличава първи ред от нула до максимум и след това отново намалява до нула поради консумацията на образуването на частици от по-висок ред. В крайна сметка образуват големи агрегати свободни, съдържащи много частици от различни порядъка по-ниски.
И механизъм на коагулация на колоидни частици електролити
Коагулацията золи причиняват никакви електролити, ако не влиза в химическо взаимодействие с праховите частици. Коагулацията на частиците започва само когато определена минимална концентрация на електролита в пепелта. Това минимално количество електролит в милимола да се добавят към 1 литър зол да индуцира видимото коагулация, прагът се нарича концентрацията на електролита или коагулация прага:
Къде C - на прага на коагулация, Сал. - моларна концентрация на разтвора на електролит, Вел. - обем в литри на електролитен разтвор се добавя към зол Vzolya - коагулируема обем зол в литри.
коагулация на прага не е абсолютно постоянна, тъй като това зависи от методите за получаване и пречистване на Сол, в определени граници, определящи размера и заряда на колоидно размера на частиците. Коагулация изисква прага за сравнение на ефекта на различни електролити на една и съща Сол.
Електролити имат различна способност коагулиране. Коагулация способност - е реципрочен на прага на коагулация:
От уравнението следва, че по-голямата коагулационната способност на електролита, толкова по-малко е необходимо, за да причини коагулация, а оттам и по-малко му праг коагулация. При изучаването на коагулационния действието на електролити, редовността формулиран учени Шулц и Харди като следните двойни правила:
коагулация на действие на тези йони имат електролита чийто заряд е противоположна на заряд на колоидни частици;
коагулация на способността на йони се увеличава с увеличаване на валентността експоненциално в приблизителни пропорции:
В бъдеще, този модел е прецизирана и се изразява под формата на шест степени на такси кръвосъсирващи йони:
Освен това, беше установено, че йоните на същия заряд също имат различна способност коагулиращ - се увеличава с увеличаване на радиус йон.
Зависимостта от скоростта на коагулация на концентрацията на електролита
Коагулация може да се случи с различна скорост. При равни други това зависи от концентрацията на електролита. При ниска концентрация на коагулация не се вижда с просто око и се нарича латентен коагулация. В този случай, отговарящ за частиците все още е толкова високо, че преодоляване на електростатично отблъскване и да се обединят в сблъсък може само редки частици, които имат най-висока скорост. С увеличаване на концентрацията на електролита заряд частици постепенно се неутрализира, тяхното зета потенциал се намалява и достига критичната стойност (критичен зета потенциал). В този момент, коагулация се забелязва с просто око и т.нар изрично коагулация. Явни признаци на коагулация са: промяна на цвета на колоиден разтвор, мътността, появата на големи агрегати с по-нататъшна загуба на утайката. концентрация на електролита, при която коагулация започва изрично нарича прагова концентрация на електролита и съответства на прага на коагулация. Изрично коагулация може да бъде два вида - бавно и бързо. Когато концентрацията на електролит малко над прага на коагулация - потенциал на частици става по-малко критичен, но все още не е нула. Ето защо, не е всеки сблъсък на частиците е задължително да доведе до тяхното обединяване и коагулация. Има бавно ясно коагулация. скоростта му могат да бъдат различни, тъй като това зависи от концентрацията на коагулацията на електролита. С допълнително увеличение на електролит концентрация на обвинението за намаляването на частици, и най-накрая го напълно неутрализирани. Сега нищо не пречи на обединението на частици във всеки сблъсък, т.е. почти едновременно коагулира всички частици. Изрично коагулация става бързо. Ускоряване Бързо стана ясно, коагулация е независимо от концентрацията на електролита, тъй като достига своя връх. Минималното количество на електролит в милимола да се добавят към 1 литър зол да доведе до бързо коагулация се нарича изрично концентрация на коагулация - Sk.
Ко-коагулация на действие на електролитите на золи
Коагулацията на колоидни частици може да доведе не само всеки един електролит, но също така и техни смеси. В този случай, на следните опции за съвместна коагулиране действието на електролити:
Добавка или сумата на коагулиращ действието на електролити. Това явление се развива при липса на взаимодействие между йони в смес от различни електролити. Например, ако един електролит присъства в сместа в количество от 60% от тяхната коагулация прага, след това да се обади изрично коагулация друг електролит е необходимо да се вземат в количество от 40% на прага на коагулация;
Синергия - феноменът на взаимно укрепване на способността коагулиране на електролити. Синергия се дължи на химическо взаимодействие на електролитите в смес води до образуването на нови йони с по-висок заряд от основния йон. В съответствие с правило Schulze-Hardy размножават заредени йони имат по-изразен ефект коагулация. Например, ако един електролит присъства в сместа в количество от 60% от тяхната коагулация прага, след това да се обади изрично коагулация друг електролит трябва да се вземат в количество по-малко от 40% от праг коагулация;
Антагонизмът - феноменът на взаимно отслабване на коагулиране действието на електролити. Антагонизъм проявява чрез взаимодействие на електролити, придружен от образуването на изходни йони или молекули slabodissotsiiruyuschih наличието комплексни йони-пептизатори които увеличават стабилността. Например, ако един електролит присъства в сместа в количество от 60% от тяхната коагулация прага, след това да се обади изрично коагулация друг електролит е необходимо да се вземат в количество по-голямо от 40% от своя праг коагулация;
Взаимно коагулация на колоиди
Взаимното коагулация на колоидни разтвори се извършва чрез смесване на различни золи, които имат частици с противоположен заряд. А взаимно неутрализиране на такси частици. Поради изчезване на отблъскващи електростатични частици започват да се обединяват в сблъсъци и образуват агрегати, се утаява. Феноменът на взаимно коагулация на колоиди, използвани в разпределението на каучуковия латекс, и когато боядисване на влакна, пречистване от природни и промишлени води. Вода от открити водоеми, замърсени с колоидни частици от растителен произход, както и частици от глина, почвата, промишлени отпадъци. Тези частици са отрицателно заредени. За да се отстранят тези частици към водата се прибавя коагуланти - алуминиев сулфат или железен сулфат. Във водата, тези соли хидролизират и образуват положително заредени колоидни частици от алуминиев хидрат и желязо. Последно взаимодействат с естествен колоидни частици и тяхното заплащане се неутрализира. Взаимното коагулацията на частиците. коагулант люспи се отстраняват чрез утаяване и филтруване на вода чрез пясъчни филтри. В люспи отстранени от водата и значителна част от съществуващите микроорганизми в него. Освен това, за пълна дезинфекция вода се третира с газообразен хлор.
Стабилност lyophobic колоидни системи за коагулация действие на електролити могат да бъдат подобрени чрез прибавяне на определени вещества. Такива вещества са посочени като защита и тяхната стабилизиращ ефект - колоидно защита. Способността да се увеличи стабилността на колоидни системи имат високо молекулно тегло протеинови съединения (желатин, албумин, казеин), полизахариди (нишесте, лектин) и някои колоидни повърхностноактивни вещества (сапун, сапонин). Техните липофилни молекули са адсорбирани върху повърхността на колоиден частиците и по този начин създават около тях солват обвивка, която предотвратява тяхното сближаване на малко разстояние, при което началото действащи сили на междумолекулна привличане.
Защита колоид се използва за получаване на стабилен lyophobic золове полезни като лекарствени средства. Например, колоидно сребро и Protargolum съдържа 70 и 8% силно диспергиран метално сребро, стабилизираният протеин хидролизат. Тези лекарства се използват като микробициди за лечение на възпалителни заболявания на устната кухина, на лигавицата на очите, на горните дихателни пътища.