Пример 1. Как представить условной химической формулой строение мицеллы золя, полученного в результате взаимодействия КI с избытком AgNO3?

Как представить условной химической формулой строение мицеллы золя, полученного в результате взаимодействия КI с избытком AgNO₃?

Решение. Запишем уравнение взаимодействия указанных веществ в молекулярном и ионно-молекулярном виде:

AgNO₃ + KI ® AgI¯ + KNO₃

избыток

Ag⁺ + NO₃^- + K⁺ + I^- ® AgI¯ + K⁺ + NO₃^-

Мицелла состоит из ядра, имеющего кристаллическую или аморфную структуру: m[AgI]

Образовавшееся ядро коллоидной степени дисперсности является носителем свободной поверхностной энергии, поэтому на его поверхности идет адсорбционный процесс. Обычно адсорбируется ион, входящий в состав ядра и находящийся в избытке. В данном примере ионы серебра – Ag⁺ достраивают структуру ядра, образуя адсорбционный слой, и придают ядру соответственно положительный заряд m[AgI]×nAg⁺, поэтому их называют потенциалопределяющими ионами.

В растворе остаются ионы, заряд которых противоположный заряду потенциалопределяющих ионов – противоионы. В данном примере противоионами являются анионы NO₃^-, которые электростатически притягиваются потенциалопределяющими ионами адсорбционного слоя. Часть противоионов (n – x)NO₃^- прочно связывается электрическими и адсорбционными силами и входит в адсорбционный слой. Ядро с адсорбционным слоем называется гранулой:

{m[AgI]×nAg⁺× (n-x)NO₃^- }^x+

Гранула имеет заряд потенциалопределяющих ионов, величина которого зависит от числа ионов, вошедших в адсорбционный слой. Оставшаяся часть противоионов образует диффузионный слой. Ядро с адсорбционным и диффузионным слоями называется мицеллой:

{m[AgI]×nAg⁺ ×(n-x)NO₃^- }^x+ × xNO₃^-

Если получать золь йодистого серебра при избытке йодида калия, т.е. при избытке I^-, то коллоидная частица, благодаря адсорбции ионов nI^- на поверхности ядра, получит отрицательный заряд: m[AgI]×nI^-

гранула

{m[AgI]×nI^-×(n-x)K⁺ }^х-×xK⁺

мицелла

Числа m, n, x в зависимости от условий приготовления золей могут изменяться в широких пределах, т.е. мицелла не имеет строго определенного состава.

Наличие одноименного заряда у всех гранул является важным фактором его устойчивости. Заряд препятствует слипанию и укрупнению коллоидных частиц. Если такой процесс наблюдается, то это происходит, в основном, вследствие уменьшения свободной поверхностной энергии, и называется он коагуляцией. Достигнув определенных размеров за счет укрупнения, частицы под действием силы тяжести оседают, наблюдается явление седиментации.

Реагент, который находится в избытке, выполняет функции стабилизатора коллоидной системы, а ядро – дисперсной фазы.

Установлено, что коагуляцию можно вызвать повышением температуры, механическим воздействием, высокочастотными колебаниями и т.д., а также введением специальных растворов электролитов. В последнем случае введенные ионы десольватируют ионы диффузионного слоя, способствуют переходу их в адсорбционный слой, при этом достигается полная электрическая нейтрализация гранул – изоэлектрическое состояние системы, и происходит сжатие диффузионного слоя и уменьшение сил электрического отталкивания, а силы межмолекулярного сцепления растут, что способствует слипанию и укрупнению частиц.

Кроме перечисленного выше, коагуляцию можно вызвать добавлением к одному золю другого с противоположным зарядом гранулы: происходит взаимная коагуляция и выпадают в осадок оба золя.

Начальная стадия коагуляции протекает незаметно и называется скрытой коагуляцией. Наименьшее количество электролита, которое вызывает начало явной (заметной) коагуляции, определяет порог коагуляции золя.

Коагулирующая способность электролитов (ионов) неодинакова и может быть определена как величина, обратная порогу коагуляции:

где КС – коагулирующая способность электролитов;

ПК – порог коагуляции, ммоль/л.

Согласно правилу Шульца-Гарди: чем выше заряд коагулирующего иона, тем больше выражена его коагулирующая способность, тем ниже порог коагуляции.

Коагулирующим действием обладает лишь тот ион электролита, который несет заряд, противоположный заряду гранулы.

Часто наблюдается процесс, обратный коагуляции – переход коагулята в золь, называемый пептизацией или дезагрегацией.

Связнодисперсные системы – гели – твердообразны. Они возникают при контакте частиц дисперсной фазы, приводящем к образованию структуры в виде каркаса или сетки. Такую систему можно рассматривать как дисперсную среду в дисперсной фазе. Подобные структуры ограничивают текучесть дисперсной системы и придают ей способность сохранять форму.

Переход золя в гель, происходящий в результате понижения устойчивости золя, называется гелеобразованием.