Комбинированные методы
Наряду с чисто диспергационными или конденсационными методами получения дисперсных систем существуют и такие, которые сочетают в себе и диспергирование, и конденсацию. Сюда относятся электрические методы, а также группа методов, называемых общим термином «пептизация».
Электрический методприменяется, в основном, для получения золей металлов. Имеются две разновидности этого метода – дуговой и искровой методы. Дуговой метод (Брэдиг, 1898 г.) основан на испарении металла электрода в электрической дуге в водной среде с последующей конденсацией паров в коллоидные частицы. Из-за высокой температуры в пламени электрической дуги метод пригоден только для получения гидрозолей. Более поздний искровой метод (Т. Сведберг, 1906) позволяет более производительно и безопасно получать гидро- и органозоли металлов в колебательном разряде искры высокого напряжения в межэлектродном пространстве. Температура искры невелика и время её существования слишком мало для того, чтобы вызвать воспламенение или взрыв органической жидкости. Искры могут быть получены различными способами – включением в цепь высокочастотного прерывателя, применением переменного тока или пропусканием постоянного тока через металлические опилки. Метод часто называют электрическим диспергированием, хотя нельзя забывать, что в электрическом разряде происходит испарение металла, т. е. переход его в молекулярное (атомное) состояние, а собственно образование коллоидных частиц происходит по механизму конденсации пара при охлаждении в жидкой среде. Электрическое диспергирование позволяет получать коллоидные растворы высокой дисперсности, но его применение ограничивается возможностью получать золи только из электропроводящих материалов, а также большими затратами электроэнергии при промышленном производстве.
С электрическим методом в чём-то сходен метод получения органоолей легкоплавких металлов, предложенный С. З. Рогинским и А. И. Шальниковым. В специальном герметическом сосуде с отростками нагреваются помещённые в разные отростки растворитель, который должен стать дисперсионной средой золя (например, бензол), и металл образует частицы дисперсной фазы (например, натрий). Смешавшиеся пары бензола и натрия охлаждаются при соприкосновении с вставленной в сосуд пробиркой с охладителем (жидким воздухом) и намерзают на неё в виде инея. При удалении из пробирки жидкого воздуха «иней» размораживается и превращается в бензозоль натрия, который собирается на дне сосуда.
Пептизация.В коллоидной химии пептизацией называется перевод свежеприготовленных рыхлых (как правило, аморфных) осадков в коллоидный раствор. Иначе говоря, это распад агрегатов частиц в дисперсных системах, т. е. процесс обратный коагуляции (см. п. 6.3).
Термин "пептизация" взят из биохимии, где под ней понимается перевод денатурированного белка в ходе кислотного или щелочного гидролиза в раствор в виде низкомолекулярных соединений - пептидов.
Происходит пептизация при введении в жидкую дисперсионную среду, в которой находится осадок, некоторых электролитов или ПАВ (пептизаторов). Иногда возможно протекание пептизации и при повышении температуры, при удалении коагулянтов в ходе промывания осадка и т. п. Обычно под пептизацией подразумевают только стадию перевода осадка в золь. Но если рассматривать процесс в целом, следует помнить, что имеется и первая стадия – образование осадка. Осадки получают чаще всего химическими реакциями, идущими с образованием нерастворимых веществ, хотя возможны и другие пути их возникновения, например, при коагуляции уже имеющихся коллоидных растворов и др. Существует несколько разновидностей пептизации:
· адсорбционная пептизацияпроисходит при физической адсорбции молекул или ионов пептизатора на поверхности частиц, входящих в состав крупных агрегатов. Адсорбционные слои сольватированных молекул или ионов раздвигают частицы, ослабляют их притяжение друг к другу, и в результате диффузии или перемешивания стабилизированные пептизатором частицы переходят в коллоидный раствор. Разновидностью адсорбционной пептизации является пептизация под действием ПАВ.
Пептизация под действием ПАВ является одной из составляющих моющего действия мыл и других детергентов. При адсорбции молекул ПАВ на поверхности мельчайших грязевых частиц происходит ослабление их связей с тканью, кожей рук и т. д., а также друг с другом, что облегчает удаление этих частиц при перемешивании водной среды.
· химическая (диссолюционная) пептизация- получение золя при действии на осадок реагента, который химически реагирует с ним. Такими реагентами могут быть, например, кислоты. В этом случае часть молекул вещества осадка взаимодействует с ним с образованием растворимого соединения, которое, собственно, и будет играть роль пептизатора.
· пептизация при отмывании осадкаможет происходить при промывании на фильтре свежеприготовленных осадков. Её причиной является удаление избытка электролита, вызывающего объединение частиц осадка. Это явление нежелательно во многих случаях, особенно при гравиметрическом анализе, когда в результате пептизации значительная часть определяемой весовой формы теряется в виде коллоидного раствора.
При пептизации не наблюдается стехиометрических соотношений между количествами пептизатора и пептизированного осадка. Однако имеется характерная зависимость, называемая правилом осадка(В. Оствальд, Бузаг). Правило заключается в том, что
при постоянном содержании пептизатора с возрастанием взятого для пептизации осадка количество образующегося золя сначала увеличивается, а затем уменьшается.
Это связано с изменением количества пептизатора, приходящегося на одну коллоидную частицу. От количества пептизатора зависит дисперсность частиц в полученном золе. При достаточно большом его количестве образуются отдельные очень малые первичные частицы, при малом – частицы высших порядков, состоящие из нескольких первичных.