Устойчивость коллоидных растворов. Коагуляция. Пептизация

Под устойчивостью коллоидного раствора понимают постоянство основных свойств этого раствора: сохранение размеров частиц (агрегативная устойчивость) и равномерное распределение частиц по всему объему (седиментационная или кинетическая устойчивость).

Лиофобные золи термодинамически неустойчивы, с течением времени происходит укрупнение коллоидных частиц, а затем выпадение их в осадок. Процесс слияния мицелл коллоидных растворов и выпадение их в осадок называется коагуляцией. Коагуляцию могут вызвать следующие факторы: изменение температуры (например, сильное охлаждение); механическое воздействие (например, интенсивное встряхивание или перемешивание); действие света и различного рода излучений; действие электрического заряда; действие электролитов, добавляемых к коллоидному раствору; добавление другого коллоидного раствора с зарядом гранулы противоположным заряду гранулы исходного золя.

Процесс коагуляции происходит в две стадии: скрытая коагуляция – при этом происходит укрупнение частиц, но не наблюдается внешних изменений; и явная коагуляция – при этом наблюдается изменение цвета, выпадение осадка, появление мути.

Правило Шульце-Гарди: коагуляцию коллоидных растворов вызывает не весь электролит, а только тот его ион, который противоположен по заряду гранулы. Причем чем выше заряд коагулирующего иона, тем меньше этого вещества необходимо для коагуляции.

Механизм коагуляции объясняет теория, предложенная И. П. Песковым. Согласно этой теории, ион, вызывающий коагуляцию отнимает сольватную (гидратную) оболочку от ионов диффузного слоя, которые переходят в дальнейшем в адсорбционный слой гранулы. Термодинамическая устойчивость системы снижается, увеличиваются силы притяжения между мицеллами, т. е. вандерваальсовы силы и уменьшаются силы отталкивания между ними (отталкивание происходит за счет наличия одноименного электрического заряда у коллоидных частиц). Следовательно, сталкивание мицелл приводит к их слиянию, и в конечном итоге – к коагуляции. Коагуляция золей способствует уменьшению площади поверхности частиц, и за счет этого – снижению свободной поверхностной энергии, а, следовательно, и увеличению термодинамической устойчивости системы.

Устойчивость коллоидно-дисперсных систем может быть достигнута за счет проведения диализа – процесса очистки коллоидных растворов от посторонних примесей, находящихся в дисперсионной среде. Этот процесс проводят в диализаторах. Простейший диализатор состоит из цилиндра, дно которого затянуто полупроницаемой мембраной. Цилиндр наполняют коллоидным раствором и помещают в сосуд с дистиллированной водой. Через мембрану проходят растворенные в воде примеси и задерживаются мицеллы.

Другой способ увеличения устойчивости коллоидных растворов это введение в них соответствующего высокомолекулярного вещества (например, белка, полисахарида, желатина и т.д.).

Процесс обратный коагуляции – пептизация. При пептизации частицы, находящиеся в рыхлом осадке, адсорбируют на своей поверхности одноименные заряды, отталкиваются друг от друга и переходят в раствор, образуя золь. Вещества, способствующие пептизации, называются пептизаторами. Например, пептизацию гидрозоля железа (Fe(OH)₂), находящегося в осадке, можно вызвать, добавив раствор хлорида железа (III) FeCl₃ . При этом на поверхности осадка начинают адсорбироваться ионы Fe⁺³, образуя диффузный слой. Частицы, находящиеся в осадке, отталкиваются друг от друга и переходят в объем во взвешенном состоянии образуя коллоидный раствор. Процесс пептизации проходит за счет увеличения сил отталкивания между частицами.