загрузка...
 
КОАГУЛЯЦІЯ ДИСПЕРСНИХ СИСТЕМ
Повернутись до змісту

КОАГУЛЯЦІЯ ДИСПЕРСНИХ СИСТЕМ

Коагуляція – процес злипання колоїдних часточок перебігає порівняно легко під дією самих різних факторів: введення електролітів, неелектролітів, заморожування,  кип’ятіння, перемішування, дії  сонячного світла тощо. У процесі електролітної коагуляції часто спостерігається іонообмінна адсорбція: іони коагулянта з більшою валентністю або більшим адсорбційним потенціалом витісняють протиіони спочатку дифузного шару, а потім і адсорбційного шару. Обмін проходить в еквівалентній кількості, але заміна  протиіонів приводить до того, що при достатній концентрації електролітів у дисперсному середовищі часточки гублять стійкість і при зіткненні злипаються.

Існують два типи коагуляції: а) нейтралізаційна коагуляція, що характерна для слабкозаряджених золів і емульсій (x < 50 мВ), в яких потенціал поверхні знижений внаслідок недоліку потенціалвизначаючих іонів або внаслідок адсорбції протилежно заряджених іонів; б)концентраційна коагуляція, яка характерна для сильнозаряджених  золів і суспензій і пов’язана не з падінням дзета-потенцілу, а з стисканням дифузної частини подвійного шару при збільшенні іонної сили розчину.

Для більш вивченої електролітної коагуляції встановлено ряд експериментальних загальних правил:

1 Коагуляцію ліофобних золів спричиняють будь-які електроліти, але з помітною швидкістю вона спостерігається при досягненні визначеної концентрації електроліту. Верхньою межею коагуляції називають мінімальну концентрацію електроліту Сп, необхідну для початку наявної коагуляції золю: помутніння  розчину, зміна його забарвлення і т.д.:

Сел-ту ? V-ел-ту

  Сп = -------------------- ммоль/л,

Vзолю + Vел-ту

де Сел-ту – молярна концентрація  еквівалента  електроліту, ммоль/л; Vел-ту – об’єм розчину електроліту, л; Vзолю – об’єм золю, л.

Величина, зворотна порогу коагуляції, називається коагулювальною здатністю Р = 1/Сп.

2 Згідно з правилом Шульца-Гарді коагулювальну дію звичайно виявляє іон, заряд якого за знаком протилежний заряду поверхні колоїдних частинок, причому ця дія зростає із збільшенням валентності іона. Так, коагуляцію позитивно заряджених золів викликають аніони, а негативно заряджених – катіони.

Коагулювальна здатність іонів тим вища, чим більша величина їх заряду (РAl3+ > PCa2+ > PK+), і виражається співвідношенням 1/36; ?6; 1/16. Таким чином, із збільшенням валентності іона в 3 рази його коагулювальна здатність зростає практично в сотні разів. Це пояснюється тим, що багатовалентні високозарядні  іони коагулянтів значно    сильніше      притягаються заряд-женою поверхнею колоїдної частини, ніж одновалентні, і значно легше  витісняють протиіони з дифузного і навіть адсорбційного шару.

3 Коагулювальна дія органічних іонів (особливо поверхнево-активних  з’єднань, таких, як алкалоїди, забарвники, нуклеїнові кислоти і т.д.) значно вища, ніж неорганічних. Це пов’язане з їх високою адсорбційною здатністю, можливістю адсорбуватися у надеквівалентній кількості, і навіть викликати перезарядку  поверхні колоїдних частинок.

4 У ряді неорганічних іонів з однаковими зарядами коагулювальна здатність залежить від радіуса коагулювального іона: чим більший радіус, тим більша коагулювальна здатність (так звані ліотропні ряди):

РCs+> PRb+> PK+ > PNa+ > PLi+1; PCNS- > PI- > PBr- > PCl-.

Це пояснюється тим, що ступінь гідратації іонів зменшується, наприклад, від L+1 до Cs+, а це  полегшує його впровадження у подвійний іонний шар.

5 З найбільшою швидкістю коагулюють електронейтральні частинки ліофобних колоїдних золів. Але коагуляція багатьох ліофобних золів починається раніше, ніж досягається їх ізоелектричний стан. Дзета-потенціал, при якому починається явна коагуляція, нази-вається критичним, і його величина становить ± 30 мВ.

6 Явище звикання золю. Якщо до золю швидко додати коагулянт, то відбувається коагуляція, якщо ж повільно – коагуляція відсутня. Це можна пояснити тим, що між електролітом і золем відбувається реакція, в результаті якої утворюється пептизатор, який стабілізує дисперсну систему: Fe(OH)3 + HCl ? FeOCl + 2H2O,

           FeOCl ? FeO+ + Cl-,

де FeO+ - пептизатор для золю Fe(OH)3.

Це явище є характерним для живого організму, коли організм звикає до отрути, яку вводять малими дозами : миш’як (Наполеон), нікотин (нікотиномани)  і т.д.

7 При коагуляції  сумішами електролітів можливі три     випадки    їх     спільної дії на колоїдний розчин (див. 

рис. 11):

а) підсумування коагулювальної дії електролітів (адитивність);

б)   один електроліт посилює дію іншого (синергізм); 

в) один електроліт послаблює дію іншого (антагонізм).

 

Рисунок 11 - Коагуляція сумішами електролітів:  С1 і С2 –  концентрації обох електролітів, %; 1 – адитивність, 2 – синергізм; 3 –антагонізм.

8 Взаємна коагуляція. Якщо до золю з негативно зарядженими часточками додати золь з позитивно зарядженими часточками, то відбудеться взаємна коагуляція. Це  явище широко використовується для очищення природних та промислових вод. Так, якщо до води, яка містить негативно заряджені часточки грунту, мікрофлори, органічних домішок, додати позитивно заряджені золі гідроксиду алюмінію Al(OH)3  або заліза Fe(OH)3, то відбудеться взаємна коагуляція, і палички , які утворяться , відфільтровуються на піщаних фільтрах.

9 Старіння  колоїдних систем часто має коагуляційний характер (автокоагуляція). Більш повільніше старіння колоїдних систем приводить до розподілу систем на дві фази (синерезис), причому дисперсна фаза зберігає свою форму, а дисперсійне середовище виділяється  у вигляді окремої фази.



загрузка...