Лекция 2. Получение коллоидных систем (КС) и их очистка.

Агрегатному состоянию

Дисперсионная среда Дисперсная фаза Условное обозначение Название системы и примеры
Твердая Твердая   Жидкая     Газообразная Т/Т   Ж/Т     Г/Т Твердые гетерогенные системы: минералы, сплавы, бетон, цветные смеси, композиционные материалы. Капиллярные системы: почвы, грунты, жидкость в пористых телах, опал, жемчуг, хризокола. Пористые тела: пемза, силикагель, активные угли.
Жидкая Твердая   Жидкая Газообразная Т/Ж   Ж/Ж Г/Ж Суспензии и золи: пасты, взвеси, ил, пульпа. Эмульсии: нефть, кремы, молоко. Газовые эмульсии: пены.
Газообразная Твердая   Жидкая Газообразная Т/Г   Ж/Г Г/Г Аэрозоли: (пыли, дымы), порошки. Аэрозоли: туманы, облака. Коллоидные системы отсутствуют.

 

Системы с газовой дисперсионной средой независимо от природы газа называют аэрозолями.

Системы с жидкой средой – лиозолями. В зависимости от природы жидкости лиозоли делят на гидрозоли, органозоли, бензозоли и т.д.

Из табл. 1.2 видно, что все дисперсные системы по кинетическим свойствам дисперсной фазы делятся на два класса: свободнодисперсные системы, в которых дисперсная фаза подвижна, и связнодисперсные системы – системы с твердой дисперсионной средой, в которой частицы дисперсной фазы не могут свободно передвигаться.

 

Классификация по степени взаимодействия дисперсной фазы с дисперсионной средой

По взаимодействию дисперсной фазы с дисперсионной средой различают системы:

  1. Лиофильные (если дисперсионная среда вода – гидрофильные). Системы в которых сильно выражено взаимодействие частиц дисперсной фазы с растворителем (от греческого «лио» – растворяю; «филиа» - любовь). Системы термодинамически устойчивы. Дисперсная фаза в таких средах может подвергаться самопроизвольному диспергированию. Дисперсии некоторых глин; поверхностно-активные вещества (ПАВ); растворы высокомолекулярных веществ.
  2. Лиофобные (гидрофобные). Дисперсная фаза слабо взаимодействует с дисперсионной средой. («лио» - растворяю; «фобиа» - ненависть). Системы термодинамически неустойчивы и требуют специальных методов стабилизации. Золи металлов, лиозоли, аэрозоли, эмульсии, пены.

 

Примечания:

Опал – минерал подкласса гидроксилов SiO2·nH2O, образуется при коагуляции коллоидных растворов кремнезема. При потере воды превращается в халцедон. Слоистая форма халцедона – агат.

 

Силикагель – микропористое тело, получается при прокаливании геля поликремниевой кислоты, состоит из SiO2.

Условия получения КС.

Методы получения КС.

Методы диспергирования. Пептизация.

Методы конденсации.

Очистка и концентрирование коллоидных систем.

Электродиализ. Ультрафильтрация. Электроультрафильтрация.

 

По размеру частиц золи занимают промежуточное положение между истинными растворами и грубодисперсными системами – порошками, суспензиями, эмульсиями.

Поэтому, все методы получения коллоидных систем можно разбить на 2 основные группы:

1. диспергирование – дробление крупных частиц грубодисперсных систем до коллоидной дисперсности;

2. конденсация – соединение атомов, ионов или молекул в более крупные частицы (агрегаты) коллоидных размеров.

 

Истинный раствор (10-8 см) Коллоидный раствор (10-7-10-5 см) Грубодисперсные системы (>10-5см)
Методы конденсации Методы диспергирования
       

Независимо от применяемых методов получения коллоидных систем, к общим условиям их получения относятся следующие:

1. Нерастворимость вещества дисперсной фазы в дисперсионной среде.

2. Достижение коллоидной дисперсности частицами дисперсной фазы.

3. Наличие в системе, в которой образуются частицы дисперсной фазы, третьего компонента – стабилизатора, который сообщает системе агрегативную устойчивость (чаще всего ПАВ (поверхностно-активные вещества), в том числе высокомолекулярные соединения).

Молекулы стабилизатора создают вокруг частиц дисперсной фазы защитный слой, предохраняющий частицы от агрегирования. (Так получают дисперсии полимеров в воде, эмульсии, пены, суспензии)

Рис. 2.1. Стабилизация коллоидной системы с помощью ПАВ.

Рис. 2.2. Стабилизация дисперсии полимера (макромолекула полимера свернута в глобулу) с помощью ПАВ.

Рис.2.3. Самодиспергирующаяся частица.

 

При соблюдении этих условий синтеза КС любое вещество можно получить в коллоидном состоянии.

Например, натрия хлорид можно получить в коллоидном состоянии при диспергировании его в бензоле, в котором он не растворяется и не дает истинного раствора.

Сера, которая хорошо растворяется в этаноле с образованием истинного раствора, в воде дает коллоидный раствор, т.к. она в ней не растворяется.