06 Электрические свойства дисперсных систем. Коагуля

Электрические свойства
дисперсных систем. Коагуляция
дисперсных систем
План
1. Двойной
электрический
слой.
Строение коллоидной мицеллы.
2. Электрокинетические
явления:
электрофорез и электроосмос.
3. Коагуляция коллоидных растворов.
Подготовила к.х.н., доц. Иванец Л.Н.
Двойной электрический слой:
Гельмгольца
Гуи
Штерна
Схема строения мицеллы АgI, образованной
за реакцией: AgNO3 + KI(изб) = AgI + KNO3
К+
К+
К+
К+
I-
IIК+
К+
К+
I- I-
I-
К+
I-
I-
К+
I-
AgI
I-
К+
I-
I-
К+
К+
К+
mAgJ nJ n  x K 


x
xK

Строение коллоидных мицелл
Мицелла – частица дисперсной
фазы вместе с ДЭС.
Внутренняя часть мицеллы
агрегат, состоящий из большого числа
молекул или атомов м.р.с.
Агрегат электронейтрален, но
адсорбирует на своей поверхности
ионы из раствора – ПОИ.
Правило Фаянса-Пескова:
«На твердой поверхности агрегата в первую очередь
адсорбируются ионы, которые:
•входят в состав агрегата;
•способны достраивать кристаллическую решетку агрегата;
•образуют малорастворимое соединение с ионами агрегата;
•изоморфны с ионами агрегата.»
Агрегат вместе с
ПОИ
составляет
ядро
мицеллы.
Заряженное
ядро
мицеллы,
притягивает ПИ из раствора. Часть
ПИ образует адсорбционный слой.
Ядро с ПИ плотной части ДЭС
образуют гранулу или коллоидную
частицу. Знак заряда коллоидной
частицы
определяется
знаком
заряда ПОИ.
Коллоидную частицу окружают ПИ диффузной слоя –
остальная часть ПИ, подвергающихся броуновскому движению
и менее прочно связанная с ядром.
В целом образуется мицелла. Мицелла в отличие от
коллоидной частицы электронейтральна.
СuSO4 + (NH4)2S → CuS↓+(NH4)2SO4
СuSO4 взят в избытке n моль;
n СuSO4 → n Сu2+ + n SO42противоионы
ПОИ
мицелла
гранула
{ m (CuS) • n
агрегат
Сu2+
2x+
• (n-x) SO42- } • x SO42-
ПОИ часть противоионов
диффузный
ядро
адсорбционный слой слой
В мицелле существует 2 скачка потенциала:
1) φ - электротермодинамический –
φ ~ 1 В.
2) ζ (дзетта) - электрокинетический –
ζ = 0,1 В
{[m CuS] • n Сu2+• (n-x) SO4 2-}2x+ • x SO42φ
ζ
Состояние гранулы, когда все ионы
диффузного слоя переходят в
адсорбционный и ζ = 0 - называется
изоэлектрическим.
Способность к электрофорезу - явление перемещения
частиц ДФ относительно неподвижной ДС по действием внешнего
электрического поля.
Причина электрофореза - наличие двойного электрического
слоя (ДЭС) на поверхности частиц ДФ.
Электрокинетический
потенциал (дзета-потенциал)
– потенциал, возникающий на
границе
скольжения
АВ
при
относительном перемещении фаз
в электрическом поле.
Схема прибора для
электрофореза (опыт Рейсса)
перееіщение
частичек глины
перемещение
воды
Глина
Определение электрокинетической
подвижности и дзета-потенциала
методом электрофореза
Sl
u
Ut
K u

DE
Кварцовая трубка для измерения
электроподвижности в приборе
для электрофореза Тизелиуса
Прибор для микроэлектрофореза
Электрофорез на бумаге
Электроосмос
Перемещение
дисперсионной среды
относительно
неподвижной
дисперсной фазы к
электроду,
происходящее под
влиянием внешней
разности потенциалов,
называют
электроосмосом.
Схема прибора для
электроосмоса
4 V

DI
1 - диафрагма, 2 - капилляр
Схема установки для
обезвоживания почв методом
электроосмоса
1
2
3
+
4
1 - глубинный насос
2 – свердловина
3 – генератор тока
4 – метал.
стержень
Электрокинетические явления
песок
вода
ток
мембрана
ток
Основные факторы устойчивости
коллоидных растворов
1. Величина ζ-потенциала
2. Величина электродинамического
потенциала (φ)
3. Толщина диффузного слоя
4. Величина заряда гранулы
Устойчивость коллоидных растворов:
Агрегативная устойчивость –
способность системы противостоять
слипанию частиц дисперсной фазы.
Критерии:
1. ионная оболочка, т.е. наличие
двойного электрического слоя; ДЭС =
адсорбционный + диффузный слой
2. сольватная (гидратная) оболочка
растворителя (чем ↑, тем ↑ уст-сть);
3. величина ζ– потенциала гранулы ( чем > ζ , тем <
вероятность слипания и тем > уст-сть)
4. температура.
Устойчивость
коллоидных растворов:
Седиментационная (кинетическая)
устойчивость Критерии:
1. броуновское движение;
2. степень дисперсности;
3. вязкость дисперсионной среды (чем ↑,
тем ↑ уст-сть);
4. температура (чем ↑, тем ↑ уст-сть).
КОАГУЛЯЦИЯ - процесс укрупнения
частиц дисперсной фазы золя с
последующим выпадением в осадок.
Факторы, вызывающие
коагуляцию:
1.
2.
3.
4.
5.
увеличение концентрации золя;
действие света;
изменение температуры;
облучение;
добавление электролитов.
Заряд золей
Положительно
заряженные
Отрицательно
заряженные
Au, Ag, Pt, S, H2SiO3,
Основные краски,
гидроксиды Fe, Al, Cr мастика, крахмал,
гуммиарабик, кислые
краски
Коагуляция золей электролитами
Правила электролитной коагуляции
•
Все электролиты при определенной концентрации могут
вызвать коагуляцию золя.
•Правило знака заряда: коагуляцию золя вызывает тот ион
электролита, знак заряда которого противоположен заряду
коллоидной частицы.
Этот ион называют ионом-коагулятором.
•Каждый электролит по отношению к коллоидному раствору
обладает
порогом
способностью).
коагуляции
(коагулирующей
Схемы коагулляции
нейтрализация
заряда
Порог коагуляции
наименьшее
количество электролита, которое
вызывает явную коагуляцию 1л золя
-
γ = C· V / Vо
γ - порог коагуляции, моль/л;
С - концентрация электролита, моль/л;
V - объем раствора электролита, л;
Vo - объем золя, л.
Р = 1/ γ - коагулирующая
способность электролита
Правило Шульце-Гарди:
Для
разновалентных
ионов
их
коагулирующее
действие
прямо
пропорционально зарядам ионов в
шестой степени
Гранула ( - )
Р(Al+3) : Р(Ca+2) : Р(K+1) ≈
36 : 26 : 16 ≈ 729 : 64 : 1
γ(Al+3):γ(Ca+2):γ(K+1) ≈ 1/36:1/26:1/16
Гранула ( + )
Р(PO4 3-) : Р(SO42-) : Р(Cl-) ≈ 36 : 26 : 16
γ(PO4 3-): γ(SO42-): γ(Cl-) ≈ 1/36:1/26:1/16
Защита коллоидов от коагуляции
Устойчивость коллоидов к действию электролитов
повышается при добавлении к ним ВМС (белков,
полисахаридов: желатин, крахмал, казеин натрия.
Механизм защитного действия ВМС:
1. Макромолекулы ВМС адсорбируются на коллоидных
частицах золя. Т.к. молекулы ВМС гидрофильны, то
гидрофобные части золя, окруженные молекулами ВМС,
становятся более гидрофильными и устойчивость их в
водном растворе увеличивается.
2. Увеличиваются сольватные оболочки вокруг
гидрофобных частиц, что препятствует сближению и
слипанию частиц золя.
Зависимость скорости коагуляции
от концентрации электролита
скрытая
явная
медленная
быстрая
•
•
•
Коагуля́ция — процесс сворачивания
крови. При разрушении стенки сосудов,
тромбоциты собираются у места травмы
и вырабатывают тромбопластин, который
рядом с кальцием, витамином К и
протромбином, оказывает содействие
превращению фибриногена в фибрине.
Образовываются сетки фибрина, где
задерживаются форменные элементы
крови. Это и является сгустком крови —
тромбом. Процесс коагуляции
продлевается 3-8 мин .
Свертывание крови (гемокоагуляция) —
сложный биологический процесс
образования нитей белка фибрина,
которые образовывают тромбы, в
результате чего кровь теряет текучесть,
приобретая сыроподобной консистенции.
В нормальном состоянии кров —
легкотекучая жидкость, которая имеет
вязкость близкую к вязкости воды. В
крови растворимые фибриноген,
протромбин и ионы кальция.