Коллоидные растворы. Поверхностные явления и дисперсные системы. Коллоидная химия. Сборник примеров и задач
"Увеличение скорости химической реакции при введении катализатора происходит в результате уменьшения.......
Ответ "энергии активации"
Ответ 1. "Sn" 2. "Mg" 3. "Zn"
"Дисперсная система была получена путем обработки вещества ультразвуком. Этот способ является:
Ответ "диспергационным"
"Соотнесите название метода анализа с законом, на котором основан метод:
Ответ: "титриметрия" - "эквивалентов"; "потенциометрия" - "Нернста"; "кулонометрия" - "Фарадея"
"При добавлении к раствору, содержащему ионы железа, добавили гексацианоферрат (II) калия K4 или желтую кровяную соль. Какой ион присутствует в растворе, если образовался темно-синий осадок берлинской лазури:
Ответ "Fe3+"
Задан вопрос: "Синтетическим полимером является: Ответ "капрон"
"Неорганическая кислота, которая имеет полимерное строение называется: Ответ "кремниевой"
"Эквивалентны ли 1 моль молекул CО2 и 1 моль молекул SO2 ? Ответ "да"
Ответ "CuCl2"
"Наибольшее давление водяного пара будет наблюдаться над раствором, в 1 литре
"Наименьшую энергию ионизации имеет атом: Ответ "Na"
Задан вопрос: "Возможно ли протекание реакции: 2SO2(г)+О2(г) -> 2SО3 в стандартных условиях..... ?н= -197,8 кДж/моль; ?G=-142 Дж/моль; ?s=-187,8 Дж/моль?К
Ответ "да"
"Возможно ли протекание реакции: СаСО3(т) ->СаО(г)+СО2(г) в стандартных условиях
Н= 178 кДж | |
Ответ "нет" |
"Какие из перечисленных металлов будут вступать в реакцию c HNO3 (концентрированную или разбавленную).
Ответ 1. "Bi" 2. "Na" 3. "Ag"
"Какое утверждение справедливо?
Ответ "Гранула коллоидной частицы с диффузным слоем образует мицеллу"
Ответ "SnCl4"
"В основе титриметрического метода анализа лежит закон: Ответ "эквивалентов"
"В основе спектрофотометрического метода анализа лежит: Ответ "поглощение света"
"Наиболее высокой температурой кипения при прочих равных условиях будет обладать 20%-ный водный раствор:
"формальдегида (МЧ=15)"
"Число нейтронов, совпадает с числом протонов в ядре атома изотопа: Ответ "21Н"
"Какой из перечисленных металлов будет служить протектором для медного кабеля. Ответ "Zn"
"Является ли данная реакция окислительно-восстановительной: 4Al+3O2=2Al2O3 ? Ответ "ДА"
Ответ "Na2HPO4"
"Соотнесите явление А и процесс В."
Ответ: "пептизация" - "укрупнение коллоидных частиц"; "коагуляция" - обратимый переход геля в золь при механическом воздействии"; "тиксотропия" - "превращение свежевыпавшего осадка в золь при действии электролита"
"Формула вещества, способного вступать в реакцию поликонденсации, имеет вид:
Ответ "NН2-CH2COOH"
"Полимер, которому соответствует формула: (-СH2-CH(OCOCH3-)n, называется..." Ответ: "поливинилацетат"
"Эквивалентны ли 44 грамма СО2 и 64 грамма SO2 ? Ответ "да"
"Сильным электролитом является водный раствор: Ответ "СuSО4"
"Сильным электролитом является водный раствор:
Ответ "CuCl2"
"Масса H2SO4, содержащаяся в 0,5 литрах раствора с молярной концентрацией
"Формула соли, значение рН водного раствора которой больше 7, имет вид:
Ответ "Na2CО3"
"Масса H2SO4, необходимая для приготовления 500 мл раствора с молярной концентрацией растворенного вещества 1 моль/л составляет....... граммов. Ответ "49"
"Для электронов, находящихся на р-орбиталях, значение орбитального квантового числа равно:
Наибольшей степенью ионности характеризуется химическая связь в соединениях:
Ответ "NaCl"
"Назовите газообразный продукт, при реакции HNO3 конц. с Hg, если реакция возможна. Ответ "NO2
"Определите в какой из реакций выделится наибольшее количество тепла, условия стандартные.
Ответ: "2Zn(к) +O2(г)?2ZnО(к)"
"Частицы дисперсной фазы имеют размеры от 10 нм до 100 нм. Они являются частицами: Ответ "колллоидными частицами"
"Продуктом восстановления перманганата калия сульфитом натрия в сернокислой среде является вещество, формула которого:
Ответ "MnSO4"
Ответ "NaOH"
"Цепь состоит из: -Si-О-, -Al-О-, -Са-О-, -Mg-O- фрагментов - это полимеры: Ответ "неорганические"
"К гомополимерам относится: Ответ "капрон"
"Число неспаренных электронов в основом состоянии атомаэлемента, образующего высший оксид состава Э2О5 равно:
"Назовите вещество, которое легче всего окисляется в стандартных условиях, используя значение?0
"Какой знак заряда гранулы мицеллы золя AgJ, полученного по реакции KJ c AgNO3 при избытке второго?
Ответ "отрицательный"
"Два моль молекул SO2 при нормальных условиях занимает обьем ______ л. Ответ "44,8"
Текущая оценка 5,000 (5)
"Количество моль молекул, содержащихся в четырех моль эквивалентах O2, равно ______
"Какой обьем (л) при нормальных условиях занимает 1,5 моль эквивалентов кислорода. Ответ пользователя: "8,4"
"Концентрация ионов водорода в водном растворе с рН=11 составляет..... моль/л: Ответ "10-11"
"500 мл водного раствора, содержащего 156 граммов Na2S, разбавили водой в 2 раза. Молярная концентрация вещества в полученном растворе составляет.......... моль/л.
"Масса H2SO4, содержащаяся в 0,5 литрах раствора с молярной концентрацией эквивалентов (нормальная концентрация) 2 моль/л, равна......... граммам. Ответ "49"
"Число электронных орбиталей определяет..... квантовое число. Ответ "главное"
"Назовите какой продукт образуется при реакции H2SO4 конц. с Cu, если реакция возможна.
Ответ "SO2"
"Продуктами, выделяющимися на инертных электродах при электролизе водного раствора сульфата натрия, являются......
Ответ "Н2 и О2"
"Какая формула описываетизменение энтропии системы: Ответ "?S=Qобр/T"
"Какие из перечисленных металлов будут вступатьв реакцию с разбавленной H2SO4 и
"Водород является окислителем в реакции:
Ответ "Сa+H2=CaH2
"Коллоидная частица имеет положительный заряд. Выбрать электролит, который наиболее эффективно (при прочих равных условиях) вызовет коагуляцию этого золя.
Ответ "K2SO4"
"Коллоидная частица имеет отрицательный заряд. Выбрать электролит, который наиболее эффективно (при прочих равных условиях) вызовет коагуляцию этого золя.
Ответ "Al(NO3)3"
"Остатки аминокислот являются структурными звеньями: Ответ "полипептидов"
"Вещества, при взаимодействии которых с активными радикалами происходит образование малоактивных центров, не способных инициировать дальнейший процесс полимеризации, называется:
Ответ "ингибиторами"
"К сополимерам относится:
Ответ "карбамидоформальдегидная смола"
"Оксидом, который не проявляет амфотерные свойства, является: Ответ "CuO
"В одном литре насыщенного раствора содержится 5,7*10-4 SrSO4. Значение произведения растворимости ПРSrSO4 равно.....
Ответ "3,2*10 -7"
"Наиболее низкой температурой кристаллизации при стандартных условиях будет обладать 5%-ный водный раствор:
Ответ "формальдегида (МЧ=15)"
"Наибольшее давление водяного пара будет наблюдаться над раствором, в 1 литре
"Для электронов, находящихся на d-орбиталях, значение орбитального квантового числа равно:
"Число нейтронов, совпадает с числом протонов в ядре атома изотопа: Ответ "168О"
"Для электронов, находящихся на р-орбиталях, значение орбитального квантового числа равно:
"Cоотнесите: термодинамическую характеристику реакции с возможностью самопроизвольного протекания реакции
Ответ: "?G=0" ассоциируется с: (1)"в системе установилось равновесие"; "?G>0" - "реакция невозможна" "?G<0" - "реакция возможна"
"Вещество, атомы или ионы которого принимают электроны, называется: Ответ "окислителем"
Задан вопрос: "Какой знак заряда гранулы мицеллы золя PbJ2, полученного по реакции KJ c Pb(NO3)2 при избытке первого?
Ответ "отрицательный"
"Люминесцентный анализ относится к методам:" Ответ "спектральным"
"К сополимерам относится:"
Ответ "фенолформальдегидная смола"
"К природным полимерам относится:" Ответ "крахмал"
"Один моль молекул О2 при нормальных условиях занимает обьем ______ л."
Ответ "22,4"
"Сколько граммов соли потребуется для приготовления 500 граммов 15% раствора. (с точностью до целого значения)
"Концентрация ионов водорода в водном растворе с рН=6 составляет..... моль/л: Ответ "10-6"
"Наибольшее давление водяного пара будет наблюдаться над раствором, в 1 литре
"Наиболее низкой температурой кипения при прочих равных условиях будет обладать 10%-ный водный раствор:
Ответ "сахарозы (МЧ=342)"
"Молярная концентрация эквивалентов (нормальная концентрация) СаO, в растворе, полученном растворением 28 граммов этого вещества в 2000 мл воды (изменением обьема при растворении пренебречь), равна....... моль/л.
Ответ "0,5"
"Укажите элементы - неметаллы:" Ответ 1. "фосфор" 2. "сера" 3. "хлор"
"Выбрать процесс, происходящий на аноде при нарушении целостности покрытия на пластинке оцинкованного железа, находящейся в растворе HCl, доступ О2 свободный.
Ответ: "Zn -2e ? Zn2+"
"Определите катодную реакцию в серебряно-магниевом гальваническом элементе."
Ответ "Ag+ + e ? Ag"
"Атомы каких элементов относятся к металлам:"
Ответ 1. "Na" 2. "K"
"Возможно ли протекание реакции: 2SO2(г)+О2(г) -> 2SО3 в стандартных условиях.....
Н= -197,8 кДж/моль;
G=-142 Дж/моль; ?s=-187,8 Дж/моль?К" Ответ "да"
"Если реакция при температуре 700 С протекает за 54 минут, а при 1000 С - за 2 минуты то температурный коэффициент равен......."
"Теплота сгорания метанола равна 726 кДж/моль. При сгорании 8 г метанола выделится
КДж теплоты Образец ответа: 234,4"
Ответ "181,5"
"Число электронов, которое присоединяет 1 моль окислителя в окислительно-
восстановительной реакции: Zn+HNO3(разб)? Zn(NO3)2+NH4NO3+H2O равно.........
"Какие из указанных веществ могут проявлять как восстановительные, так и окислительные свойства:
"Процесс перехода свежевыпавшго осадка в золь при действии электролита называется:" Ответ "пептизация"
"Коллоидная частица имеет положительный заряд. Выбрать электролит, который наиболее эффективно (при прочих равных условиях) вызовет коагуляцию этого золя."
Ответ "K3PO4"
"Частицы дисперсной фазы имеют размер 30 нм. Относится ли эта система к коллоидным?"
Ответ "да"
"Cooтнесите определяемый катион и реактив для его обнаружения:"
Ответ: "Fe(II)" - "K3"; "Cd(II)" - "K2S"; "Fe(III)" - "K4Fe[(CN)6]"
Коллоидные растворы - это высокодисперсные двухфазные системы, состоящие из дисперсионной среды и дисперсной фазы, причем линейные размеры частиц последней лежат в пределах от 10 -9 м до 10 -7 м. Как видно, коллоидные растворы по размерам частиц являются промежуточными между истинными растворами и суспензиями и эмульсиями. Коллоидные частицы обычно состоят из большого числа молекул или ионов.
Коллоидные растворы иначе называют золями. Их получают дисперсионными и конденсационными методами. Диспергирование чаще всего производят при помощи особых “коллоидных мельниц”. При конденсационном методе коллоидные частицы образуются за счет объединения атомов или молекул в агрегаты. Так, если возбудить в воде дуговой электрический разряд между двумя проволоками из серебра, то пары металла конденсируются в коллоидные частицы. При протекании многих химических реакций также происходит конденсация и образуются высокодисперсные системы (выпадение осадков, протекание гидролиза, окислительно-восстановительные реакции и т.д.).
Золи обладают рядом специфических свойств, которые подробно изучает коллоидная химия. Золи в зависимости от размеров частиц могут иметь различную окраску, а у истинных растворов она одинаковая. Например, золи золота могут быть синими, фиолетовыми, вишневыми, рубиново-красными.
В отличие от истинных растворов для золей характерен эффект Тиндаля, т. е. рассеяние света коллоидными частицами. При пропускании через золь пучка света появляется светлый конус, видимый в затемненном помещении. Так можно распознать, является данный раствор коллоидным или истинным. Строение структурной единицы лиофобных коллоидов – мицеллы – может быть показано лишь схематически, поскольку мицелла не имеет определенного состава. Рассмотрим строение коллоидной мицеллы на примере гидрозоля иодида серебра, получаемого взаимодействием разбавленных растворов нитрата серебра и иодида калия:
AgNO 3 + KI ––> AgI + KNO 3
Коллоидная мицелла золя иодида серебра (см. рис. 4.9) образована микрокристаллом иодида серебра, который способен к избирательной адсорбции из окружающей среды катионов Ag+ или иодид-ионов. Если реакция проводится в избытке иодида калия, то ядро будет адсорбировать иодид-ионы; при избытке нитрата серебра микрокристалл адсорбирует ионы Ag+. В результате этого микрокристалл приобретает отрицательный либо положительный заряд; ионы, сообщающие ему этот заряд, называются потенциалопределяющими , а сам заряженный кристалл – ядром мицеллы . Заряженное ядро притягивает из раствора ионы с противоположным зарядом – противоионы ; на поверхности раздела фаз образуется двойной электрический слой. Некоторая часть противоионов адсорбируется на поверхности ядра, образуя т.н. адсорбционный слой противоионов ; ядро вместе с адсорбированными на нем противоионами называют коллоидной частицей или гранулой. Остальные противоионы, число которых определяется, исходя из правила электронейтральности мицеллы, составляют диффузный слой противоионов ; противоионы адсорбционного и диффузного слоев находятся в состоянии динамического равновесия адсорбции – десорбции.
Схематически мицелла золя иодида серебра, полученного в избытке иодида калия (потенциалопределяющие ионы – анионы I – , противоионы – ионы К +) может быть изображена следующим образом:
{ m · nI – · (n-x)K + } x– · x K +
При получении золя иодида серебра в избытке нитрата серебра коллоидные частицы будут иметь положительный заряд:
{ m · nAg + · (n-x)NO 3 – } x+ · x NO 3 –
Рис.1 Строение коллоидной мицеллы
Агрегативная устойчивость золей обусловлена, таким образом, рядом факторов: во-первых, снижением поверхностной энергии дисперсной фазы (т.е. уменьшения движущей силы коагуляции) в результате образования двойного электрического слоя и, во-вторых, наличием кинетических препятствий для коагуляции в виде электростатического отталкивания имеющих одноименный заряд коллоидных частиц и противоионов. Еще одна причина устойчивости коллоидов связана с процессом гидратации (сольватации) ионов. Противоионы диффузного слоя сольватированы; эта оболочка из сольватированных противоионов также препятствует слипанию частиц.
Одним из важных свойств золей является то, что их частицы имеют электрические заряды одного знака. Благодаря этому они не соединяются в более крупные частицы и не осаждаются. При этом частицы одних золей, например металлов, сульфидов, кремниевой и оловянной кислот, имеют отрицательный заряд, других, например гидроксидов, оксидов металлов, - положительный заряд. Возникновение заряда объясняется адсорбцией коллоидными частицами ионов из раствора.
Для осаждения золя необходимо, чтобы его частицы соединились в более крупные агрегаты. Соединение частиц в более крупные агрегаты называется коагуляцией, а осаждение их под влиянием силы тяжести - седиментацией.
Обычно коагуляция происходит при прибавлении к золю: 1) электролита, 2) другого золя, частицы которого имеют противоположный заряд, и 3) при нагревании.
При определенных условиях коагуляция золей приводит к образованию студенистой массы, называемой гелем. В этом случае вся масса коллоидных частиц, связывая растворитель, переходит в своеобразное полужидкое-полутвердое состояние. От гелей следует отличать студни - растворы высокомолекулярных веществ в низкомолекулярных жидкостях (системы гомогенные). Их можно получить при набухании твердых полимеров в определенных жидкостях.
Значение золей исключительно велико, так как они более распространены, чем истинные растворы. Протоплазма живых клеток, кровь, соки растений - все это сложные золи. С золями связано получение искусственных волокон, дубление кож, крашение, изготовление клеев, лаков, пленок, чернил. Много золей в почве, и они имеют первостепенное значение для ее плодородия.
Напишите формулу мицеллы золя сульфата бария, полученного при взаимодействии раствора хлорида бария с небольшим избытком раствора сульфата натрия?
Решение:
В основе получения золя лежит реакция:
BaCl 2 + Na 2 SО 4 изб. = 2 NaCl + Ba SО 4 ¯
Условием получения золя является избыток Na 2 SО 4 , который является стабилизатором золя.
В растворе будут присутствовать ионы натрия и сульфат-ионы, образующиеся при диссоциации сульфата натрия
Na 2 SO 4 = 2Na + + SO²⁻
На поверхности агрегатов будут адсорбироваться сульфат-ионы.
Образуетсяя ядро коллоидной частицы:
[(BaSO 4) m ∙nSO²⁻
Несущее отрицательный заряд ядро притягивает из раствора ионы противоположного знака, называемые противоионами. В нашем случае в роли противоионов выступают катионы натрия.
формула мицеллы полученного золя:
{[(BaSO 4) m ·nSO²⁻]2(n-x)Na + } 2x- 2xNa +
К какому электроду будут перемещаться частицы золя полученного при взаимодействии нитрата серебра с избытком хлорида натрия?
Решение . При смешивании растворов AgNO3 и NaCl изб. протекает реакция
AgNO3+ NaСl (изб.) = AgСl + NaNO3.
Ядро коллоидной частицы золя хлорида серебра состоит из агрегата молекул (mAgСl) и зарядообразующих ионов Cl ⁻, которые находятся в растворе в избытке и обеспечивают коллоидным частицам отрицательный заряд. Противоионами являются гидратированные ионы натрия.
Формула мицеллы хлорида серебра имеет вид:
[m (AgCl) n Cl – (n– x )Na + ] x – x Na +
Коллоидная частица имеет отрицательный заряд, значит будет перемещаться к положительно заряженному электроду - катоду.
Напишите формулы мицелл коллоидных растворов для следующих веществ:
а) кремниевый кислоты: агрегат m [Н2SiO3], ионный стабилизатор K2SiO3 ® 2K+ + SiO32–
б) гидрозоля золота: агрегат m [Аu], ионный стабилизатор NaAuO2 ® Na + + AuO2–
в) двуокиси олова: агрегат m , ионный стабилизатор K2SnO3 ® 2K+ + SnO32–
Решение:
а) Образование золя кремневой кислоты происходит по реакции
K 2 SiO 3 изб.+ 2HCl = H 2 SiO 3 + 2KCl.
K 2 SiO 3 2K⁺+ SiO₃²⁻
На электронейтральном агрегате частиц (mH 2 SiO 3) адсорбируются ионы элемента, входящего в состав ядра. Таковыми являются ионы HSiO 3 ‾ , которые образуются в результате гидролиза соли K 2 SiO 3:
K 2 SiO 3 + H 2 O KHSiO 3 + KOH или в ионной форме
SiO 3 2− + H 2 O HSiO 3 ‾ + OH ‾ .
Ионы HSiO 3 ‾ , адсорбируясь на поверхности частиц золя кремниевой кислоты, сообщают им отрицательный заряд. Противоионами являются гидратированные ионы водорода H + . Формула мицеллы золя кремневой кислоты:
{[(m H 2 SiO 3) ·n HSiO 3 ‾ ·(n-x )H + ∙y H 2 O] x − + x H + ∙z H 2 O}.
б) Образование гидрозоля золота происходит при действии восстановителя на соль золотой кислоты в слабощелочной среде:
2NaAuО 2 + 3НСНО + Na 2 CO 3 = 2Аu + ЗНСООNa + NaНСО 3 + Н 2 О.
На агрегате частиц (mAu) адсорбируются ионы элемента, входящего в состав ядра. Таковыми являются ионы AuO 2 ‾ ,
Формула мицеллы золя:
{m·nAuO²⁻·(n-x) Na⁺} x ⁻ ·xNa⁺
в) Образование золя двуокиси олова происходит следующим образом:
K2SnO3 2K⁺ + SnO3²⁻
На электронейтральном агрегате частиц (mSnO 2) адсорбируются ионы элемента, входящего в состав ядра. Таковыми являются ионы SnO 3 2‾:
K 2 SnO 3 SnO 3 2⁻ + 2K⁺
Ионы SnO 3 2‾ , адсорбируясь на поверхности частиц золя, сообщают им отрицательный заряд. Противоионами являются ионы K + . Формула мицеллы золя двуокиси олова:
{[(m SnO 2) n SnO 3 2‾ ·(2n-x )K + ] 2 − + x K + }.
Основной темой данной статьи будет коллоидная частица. Здесь мы рассмотрим понятие и мицеллы. А также ознакомимся с основным видовым разнообразием частиц, относящихся, к коллоидным. Отдельно остановимся на различных особенностях изучаемого термина, некоторых отдельных понятиях и многом другом.
Введение
Понятие коллоидной частицы тесно связано с различными растворами. В своей совокупности они могут образовывать разнообразные системы микрогетерогенного и дисперсного характера. Частички, образующие такие системы, по размерам обычно лежат в пределах от одного до ста мкм. Помимо наличия поверхности с четко разделенными границами между дисперсной средой и фазой, коллоидные частицы характеризуются свойством малой устойчивости, а сами растворы образоваться самопроизвольно не могут. Наличие большого разнообразия в строении внутренней структуры и размерах вызывает создание большого числа методов получения частиц.
Понятие коллоидной системы
В коллоидных растворах частицы во всей своей совокупности образуют системы дисперсоного типа, которые являются промежуточными между растворами, которые определяют как истинные и грубодисперсные. В данных растворах капли, частички и даже пузырьки, образующие дисперсную фазу, обладают размером от одного до тысячи нм. Они распределяются в толще дисперсной среды, как правило, непрерывной, и отличаются от исходной системы составом и/или агрегатным состоянием. Чтобы лучше понять значение такой терминологической единицы, лучше рассмотреть ее на фоне систем, которые она образует.
Определение свойств
Среди свойств коллоидных растворов основными можно определить:
- Образующие частички не мешают прохождению света.
- Прозрачные коллоиды обладают свойством, позволяющим рассеивать световые лучи. Это явление называют эффектом Тиндаля.
- Заряд коллоидной частицы является одинаковым для дисперсных систем, вследствие чего они не могут встречаться в растворе. В Броуновском движении дисперсные частички не могут выпадать в осадок, что обуславливается их поддержанием в состоянии полета.
Главные типы
Основные классификационные единицы коллоидных растворов:
- Взвесь частичек твердого типа в газах называют дымом.
- Взвесь частичек жидкости в газах называют туманом.
- Из мелких частичек твердого или жидкого типа, взвешенных в среде газа, образуется аэрозоль.
- Газовую взвесь в жидкостях или твердых телах называют пеной.
- Эмульсия - это жидкостная взвесь в жидкости.
- Золь - это дисперсная система ультрамикрогетерогенного типа.
- Гелем называются взвесь из 2 компонентов. Первый создает каркас трехмерного характера, пустоты которого будут заполнены различными низкомолекулярными растворителями.
- Взвесь частичек твердого типа в жидкостях называют суспензией.
Во всех этих коллоидных системах размеры частиц могут сильно отличаться в зависимости от своей природы происхождения и агрегатного состояния. Но даже несмотря на такое крайне разнообразное количество систем, обладающих разной структурой, все они относятся к коллоидным.
Видовое разнообразие частиц
Первичные частицы, имеющие коллоидные размеры, по типу внутренней структуры делятся на следующие виды:
- Суспензоиды. Их также называют необратимыми коллоидами, что не способны самостоятельно существовать в длинных промежутках времени.
- Коллоиды мицеллярного типа, или, как их еще называют, полуколлоиды.
- Коллоиды обратимого типа (молекулярные).
Процессы образования данных структур очень различаются между собой, что усложняет процесс понимания их на детальном уровне, на уровне химии и физики. Коллоидные частицы, из которых образуются такие имеют крайне разную форму и условия протекания процесса образования цельной системы.
Определение суспензоидов
Суспензоидами называют растворы с элементами металлов и их вариациями в форме оксида, гидроксида, сульфида и прочих солей.
Все образующие частицы вышеупомянутых веществ обладают молекулярной или ионной кристаллической решеткой. Они формируют фазу дисперсного типа вещества - суспензоида.
Отличительной чертой, позволяющей отличать их от суспензий, является наличие более высокого показателя дисперсности. Но они связаны между собой отсутствием механизма стабилизации для дисперсности.
Необратимость суспензоидов объясняется тем, что осадок процесса их впаривания не дает человеку получить вновь золи посредством создания контакта между самим осадком и дисперсной средой. Все суспензоиды являются лиофобными. В подобных растворах называются коллоидными частицы, относящиеся к металлам и производным солям, которые были измельчены или конденсированы.
Методика получения ничем не отличается от тех двух способов, которыми всегда создают дисперсные системы:
- Получение путем диспергирования (измельчения крупных тел).
- Методом конденсации ионно- и молекулярнорастворенных веществ.
Определение мицелярных коллоидов
Мицелярные коллоиды также именуют полуколлоидами. Частички, из которых они создаются, возникать могут при наличии достаточного уровня дифильного типа. Такие молекулы могут образовать только низкомолекулярные вещества посредством их ассоциирования в агрегат молекулы - мицеллу.
Молекулы дифильной природы - это структуры, состоящие из углеводородного радикала, параметрами и свойствами сходного с неполярным растворителем и гидрофильной группой, которую также называют полярной.
Мицеллы - это особые скопления правильно расставленных молекул, которые удерживаются преимущественно посредством использования дисперсных сил. Мицеллы образуются, например, в водных растворах моющих средств.
Определение молекулярных коллоидов
Молекулярными коллоидами называют высокомолекулярные соединения как природного, так и синтетического происхождения. Молекулярный вес может колебаться от 10.000 до нескольких миллионов. Молекулярные фрагменты подобных веществ обладают размером коллоидной частицы. Сами молекулы именуют макромолекулами.
Соединения высокомолекулярного типа, подверженные разбавлению, называют истинными, гомогенными. Они, в случае предельного разведения, начинают подчиняться общему ряду законов для разбавленных составов.
Получение коллоидных растворов молекулярного типа является довольно простым заданием. Достаточно заставить контактировать и соответствующий растворитель.
Неполярная форма макромолекул растворяться может в углеводородах, а полярная - в полярных растворителях. Примером последнего может послужить растворение различных белков в растворе воды и соли.
Обратимыми эти вещества называют в связи с тем, что подвергание их выпариванию с добавлением новых порций заставляет молекулярные коллоидные частицы принимать форму раствора. Процесс их растворения должен проходить через стадию, на которой он набухает. Она является характерной чертой, выделяющей молекулярные коллоиды, на фоне других систем, которые были рассмотрены выше.
В процессе набухания молекулы, образующие растворитель, проникают в твердую толщу полимера и тем самым расталкивают макромолекулы. Последние в связи со своими большими размерами начинают медленно диффундировать в растворы. Внешне это можно наблюдать при увеличении объемной величины полимеров.
Устройство мицеллы
Мицеллы коллоидной системы и их строение будет проще изучить, если рассмотреть образующий процесс. Возьмем для AgI. В данном случае частицы коллоидного типа будут образоваться в ходе следующей реакции:
AgNO 3 +KI à AgI↓+KNO 3
Молекулы иодида серебра (AgI) образуют практически нерастворимые частички, внутри которых кристаллическая решетка будет образована катионами серебра и анионами иода.
Образующиеся частицы поначалу имеют строение аморфного типа, однако далее, по мере протекания их постепенной кристаллизации, приобретают постоянное устройство внешнего вида.
Если взять AgNO 3 и KI в соответственных эквивалентах, то кристаллические частицы будут расти и достигать значительных размеров, превосходящих даже величину самой коллоидной частицы, а далее быстро выпадать в осадок.
Если взять одно из веществ с избытком, то можно искусственно сделать из него стабилизатор, который будет сообщать об устойчивости коллоидных частиц иодида серебра. В случае чрезмерного количества AgNO 3 раствор будет содержать в себе больше положительных ионов серебра и NO 3 - . Важно знать о том, что процесс формирования кристаллических решеток AgI подчиняется правилу Панета-Фаянса. Следовательно, он способен протекать только в случае наличия ионов, входящих в состав данного вещества, которые в данном растворе представлены катионами серебра (Ag +).
Положительные ионы аргентума будут продолжать достраиваться на уровне формирования кристаллической решетки ядра, прочно входящего в структуру мицеллы и сообщающего об электрическом потенциале. Именно по этой причине ионы, которые используются для достройки ядерной решетки, называют потенциалопределяющими ионами. В ходе образования коллоидной частицы - мицеллы - есть и другие особенности, обуславливающие то или иное течение процесса. Однако здесь было рассмотрено все на примере с упоминанием важнейших элементов.
Некоторые понятия
Термин коллоидной частички тесно связан с адсорбционным слоем, который образуется одновременно с ионами потенциалопределяющего типа, в ходе адсорбции общего количества противоионов.
Гранула - это структура, образованная ядром и адсорбционным слоем. Она обладает электрическим потенциалом такого же знака, которым наделен Е-потенциал, однако его величина будет меньшей и зависит от исходной величины противоионов в слое адсорбции.
Слипание коллоидных частиц является процессом, который именуют коагуляцией. В дисперсных системах она приводит к образованию из мелких частичек более крупных. Процесс характеризуется сцеплением между маленькими структурными компонентами с образованием коагуляционных структур.
Коллоидные системы по степени дисперсности занимают промежуточное положение между грубодисперсными системами и истинными растворами. Поэтому их можно получать двумя путями:
а) методами диспергирования – дроблением более крупных частиц до коллоидной степени дисперсности – механическим, электрическим, ультразвуком, пептизацией (превращение осадков в коллоидный раствор под влиянием химических веществ – пептизаторов);
б) методами конденсации – укрупнением частиц в агрегаты коллоидной степени дисперсности (получение нерастворимых веществ в результате реакций различных типов);
в) ультрафильтрацией через полупроницаемые мембраны.
Строение коллоидных частиц
Образование нерастворимого вещества в результате химической реакции – это лишь одно из условий получения коллоидного раствора. Другим не менее важным условием является неравенство исходных веществ, взятых в реакцию. Следствием этого неравенства является ограничение роста величины частиц коллоидах растворов, которое привело бы к образованию грубодисперсной системы.
Механизм образования коллоидной частицы рассмотрим на примере образования золя иодистого серебра, который получается при взаимодействии разбавленных растворов азотнокислого серебра и йодистого калия.
AgNO 3 +KI = AgI + KNO 3
Ag + + NO 3 ¯ +K + + I ¯ = AgI ↓ + NO 3 ¯ + K +
Нерастворимые нейтральные молекулы йодистого серебра образуют ядро коллоидной частицы.
Сначала эти молекулы соединяются в беспорядке, образуя аморфную, рыхлую структуру, которая постепенно превращается в высокоупорядоченную кристаллическую структуру ядра. В рассматриваемом нами примере ядро это кристаллик йодистого серебра, состоящий из большого числа (m) молекул AgI:
m - ядро коллоидной частицы
На поверхности ядра происходит адсорбционный процесс. По правилу Пескова-Фаянса, на поверхности ядер коллоидных частиц адсорбируются ионы, входящие в состав ядра частицы, т.е. адсорбируются ионы серебра (Аg +) или ионы иода (I –). Из этих двух видов ионов адсорбируютcя те, которые находятся в избытке.
Так, если получать коллоидный раствор в избытке йодистого калия, то адсорбироваться на частицах (ядрах) будут ионы иода, которые достраивают кристаллическую решетку ядра, естественно и прочно входя в его структуру. При этом образуется адсорбционный слой, который придает ядру отрицательный заряд:
Ионы, адсорбирующиеся на поверхности ядра, придавая ему соответствующий заряд, называются потенциалобразующими ионами.
При этом в растворе находятся и противоположно заряженные ионы, их называют противоионами. В нашем случае это ионы калия (K +), которые электростатически притягиваются к заряженному ядру (величина заряда может достигать I в). Часть противоионов К + прочно связывается электрическими и адсорбционными силам и и входит в адсорбционный слой. Ядро с образовавшимся на нем двойным адсорбционным слоем ионов называется гранулой.
{m . nI – . (n-x) K + } x – (структура гранулы)
Оставшаяся часть противоионов (обозначим их числом "х К + ") образует диффузный слой ионов.
Ядро с адсорбционным и диффузным слоями называется мицеллой:
{m . nI –. (n-x) K + } x – . х К + (структура мицеллы)
При пропускании постоянного электрического тока через коллоидный раствор гранулы и противоионы двинутся к противоположно заряженным электродам соответственно.
Наличие одноименного заряда на поверхности частиц золей является важным фактором его устойчивости. Заряд препятствует слипанию и укрупнению частиц. В устойчивой дисперсной системе частицы удерживаются во взвешенном состоянии, т.е. не происходит выпадения в осадок коллоидного вещества. Это свойство золей называется кинетической устойчивостью.
Строение мицелл золя иодистого серебра, полученного в избытке AgNO 3 , представлено на рис. 1а, в избытке KCI - 1б.
Рис.1.5. Строение мицелл золя иодистоого серебра, полученного в избытке:
а) азотнокислого серебра; б) хлорида калия.