Коллоидная химия

Тогда, величина адсорбции равна:

 

6. Золь AgCl получен при постепенном добавлении к 20 мл 0,01 н раствора КСl 15 мл 0,2 %-ного раствора AgNО₃. Написать формулу мицеллы золя, указать метод получения и определить направление движения частиц в электрическом поле.

AgNO₃ + KCl ® AgCl + KNO₃

m – число молекул AgCl;

n – число избыточных ионов Cl^-, прочно адсорбированных на поверхности регата, называемых потенциалообразующими;

x – число ионов, входящих в диффузный слой;

(n – x) – число противоионов К⁺ в адсорбированном слое. Число таких ионов калия (n – x) - меньше числа адсорбированных ионов йода (n), вследствие чего коллоидная частица имеет отрицательный заряд (-x).

Метод получения  данного золя – конденсационный, основанный на замене растворителя. Сущность метода замены растворителя заключается в том, что истинный раствор вещества добавляется к жидкости, смешивающейся с растворителем, но в которой само вещество мало растворимо и выделяется в виде высокодисперсной фазы.

Частицы золя хлорида  серебра имеют отрицательный  заряд, поскольку при получении золя раствор KCl был взят в избытке, если бы в избытке был взят нитрат серебра, то частицы имели бы положительный заряд.

7. Золь BaSО₄ получен путем смешивания равных объемов 0,008 н раствора Ва(NО₃)₂ и 0,01 н раствора Na₂SО₄. Написать формулу мицеллы золя. Какой из двух электролитов Мg₃(PО₄)₂ или FeCl₃ будет иметь больший порог коагуляции?

Ва(NО₃)₂ + Na₂SО₄ ® BaSО₄ + 2Na NО₃

{[BaSО₄)_m·nSО₄^2-]·xNa⁺}·(n – x)Na⁺

    зародыш

  ядро

  частица

 мицелла

Коагулирующее действие электролитов характеризуют порогом коагуляции, т.е. наименьшей концентрацией электролита, вызывающей коагуляцию. В зависимости от природы электролита и коллоидного раствора порог коагуляции изменяется в пределах от 10^-5 до 0,1 моль в литре золя. Наиболее существенное влияние на порог коагуляции оказывает заряд коагулирующего иона электролита, т.е. иона, заряд которого противоположен по знаку заряду коллоидной частицы.

В данном случае коллоидная частица имеет отрицательный  заряд, следовательно, коагулирующими ионами являются Mg²⁺ и Fe³⁺. Ион железа имеет большую валентность, чем магний, следовательно, больший порог коагуляции будет иметь хлорид железа.

 

8. Лекарственные формы изготавливают с использованием вспомогательных веществ, среди которых часто применяют природный неорганический полимер - бентонит Аl₂О₃SiO₂nH₂О. Способность к набуханию и гелеобразованию позволяет использовать его при производстве мазей, таблеток, порошков. Бентониты обладают эмульгирующим действием, обеспечивают лекарственным препаратам высокие адсорбционные свойства. Раскройте содержание понятий:

а) гелеобразование;

б) эмульгирующее действие;

в) адсорбционные свойства.

Гели  – дисперсные системы с жидкой дисперсионной средой, в которых частицы дисперсной фазы образуют пространственную структурную сетку. Представляют собой твердообразные ("студенистые") тела, способные сохранять форму, обладающие упругостью (эластичностью) и пластичностью. Типичные гели имеют коагуляционную структуру, т.е. частицы дисперсной фазы соединены в местах контакта силами межмолекулярного взаимодействия непосредственно или через тонкую прослойку дисперсионной среды. Для них характерна тиксотропия, т.е. способность в изотермических условиях самопроизвольно восстанавливать свою структуру после механического разрушения.

Гелеобразование (желатинирование, застудневание) возможно при содержании дисперсной фазы в системе в количестве всего лишь нескольких %, иногда – долей %. Чем более анизометричны частицы и менее лиофильна их поверхность по отношению к дисперсионной среде, тем меньше содержание дисперсной фазы, при котором система теряет текучесть. Распад структуры гелей и переход системы в текучее состояние наз. пептизацией. Этот процесс происходит при введении лиофилизующих веществ или при повышении температуры.

Гелеобразование играет важную роль при использовании промывочных буровых растворов, в производстве многих полимерных материалов, катализаторов и сорбентов, пищевых продуктов, фармацевтических и косметических препаратов, при нанесении различного рода покрытий.

Эмульгаторы – обеспечивающие создание эмульсий, в которых участвуют несмешивающиеся жидкости. Эмульгаторы - стабилизаторы эмульсии - вещества, облегчающие эмульгирование и придающие эмульсиям устойчивость. Действие эмульгаторов обусловлено их способностью скапливаться на границе двух жидких фаз, снижая межфазное поверхностное натяжение, и создавать вокруг капель защитный слой, препятствующий коагуляции и коалесценции.

Действие эмульгаторов многостороннее. Они отвечают за взаимное распределение двух несмешивающихся фаз, за консистенцию продукта, его пластические свойства, вязкость.

ПАВ ускоряют образование  и стабилизирует тот тип эмульсии, в дисперсионной среде которой  они лучше растворимы.

В последнее  время для стабилизации прямых эмульсий широко применяют неионогенные эмульгаторы, дифильные молекулы которых состоят из углеводородного радикала и углеводородной цепи с расположенными по всей ее длине полярными, но не способными к ионизации группами, чаще всего гидроксильными. Устойчивость эмульсий типа м/в, стабилизованных неионогенными эмульгаторами, естественнее всего объяснить следующим образом. Дифильные молекулы эмульгатора ориентированы на межфазной границе так, что углеводородные участки направлены в дисперсную фазу, а полярные сильно гидратированные группы в воду, при этом они либо образуют достаточно толстый гидратный слой, обусловливающий расклинивающее давление, либо совершают микроброуновское движение (энтропийный фактор устойчивости).

Эмульгирующее действие как ионогенных, так и  неионогенных поверхностно-активных веществ  тем эффективнее, чем лучше сбалансированы полярные и неполярные части молекулы эмульгатора между обеими фазами эмульсии. Это значит, что дифильная молекула хорошего эмульгатора должна обладать сродством как к полярным, так и к неполярным средам. Только при этом условии молекулы эмульгатора не будут растворяться преимущественно в какой-нибудь одной из фаз и будут находиться на межфазной поверхности. Сбалансированность молекул эмульгатора в простейшем случае определяется, с одной стороны, длиной углеводородной цепи и с другой – сродством ионогенной или полярной группы к воде.

Эмульгирующее действие высокомолекулярных веществ, таких, как желатин, казеин, полиметакриловая кислота, метилцеллюлоза, поливиниловый  спирт, а также их действие как  защитных коллоидов, вероятно, можно объяснить энтропийным фактором. Впрочем, можно также допустить, что прямые эмульсии, стабилизованные защитными коллоидами, молекулы которых содержат ионогенные группы, устойчивы благодаря образованию на поверхности капелек двойного электрического слоя в результате ионизации этих групп.

Адсорбция – изменение (обычно повышение) концентрации вещества вблизи поверхности раздела фаз ("поглощение на поверхности").

Сила адсорбционного поля и его характер определяются природой данного адсорбента (поглотителя) и расположением частиц на его поверхности. Кроме того, адсорбционная способность зависит и от величины поверхности. Поэтому понятно, что отдельные адсорбенты могут очень сильно отличаться друг от друга по своей поглотительной способности как количественно, так и качественно.

Иногда вслед  за адсорбцией может происходить  растворение адсорбированного вещества в поглотителе, т.е. переход его  с поверхности внутрь последнего (абсорбция). Именно так, по-видимому, протекает поглощение водорода металлическим палладием. Рассматриваемый в совокупности процесс адсорбции и абсорбции носит общее название сорбции, а обратное выделение сорбированного вещества в окружающую среду – десорбции.

Особым случаем  адсорбции из растворов является поглощение поверхностью построенного по ионному типу осадка одних ионов преимущественно перед другими. При этом обычно соблюдается общее правило, согласно которому предпочтительно адсорбируются такие ионы, которые образуют малорастворимое (или малодиссоциированное) соединение с противоположно заряженным ионом самого осадка.

Особенно часто  приходится встречаться с поглощением  поверхностью осадка тех ионов, которые  входят в его собственный состав. Если, например, производить осаждение AgNO₃ избытком раствора НСl, то осадком AgCl поглощаются главным образом ионы Сl^-. Наоборот, при осаждении НСl избытком AgNO₃ на AgCl адсорбируются преимущественно ионы Ag⁺.

 

9.Какими  методами можно разрушать природные  (облака, туман) и промышленные аэрозоли?

Изменение скорости и направления пылевого потока, частицы дисперсной фазы в которых более 3∙10^-6 м, вызывает выпадение твердой фазы. Для осуществления этого процесса применяют аппараты, называемые циклонами.

В сетчатых или  волокнистых фильтрах используют принцип  инерционного осаждения в результате многократного изменения скорости и направления движения пылевого потока или аэрозоля с размером частиц дисперсной фазы 10^-6 м и более. В этом случае частицы дисперсной фазы осаждаются на фильтрах, например, из нетканого материала, разрушение полидисперсного аэрозоля происходит в результате переконденсации, подобно тому, как это наблюдается в пенах, для которых мы подробно рассмотрели этот процесс.

Для коалесценции частиц необходимо насыщение воздуха  парами воды и образование на поверхности  частиц оболочек из жидкости. Метод озвучения - метод, в котором коагуляция аэрозоля происходит при интенсивном столкновении частиц в результате их колебательного движения со звуковой частотой. Метод эффективен только для концентрированных аэрозолей.

Введение зародышей  коагуляции используют, например, для рассеивания облаков, для чего опыляют их углекислотой, йодистым серебром или йодистым свинцом. Для быстрого разрушения облаков (всего за 5-7 мин) используют концентрированные аэрозоли зародышей коагуляции.

Создание электрического поля большого напряжения применяют в промышленном методе очистки отходящих газов от пыли или разрушения дыма. Напряжение в таких установках составляет 70-100 тысяч вольт. Отрицательные ионы воздуха, образовавшиеся в поле с высоким градиентом напряженности, адсорбируется на частицах, затем частицы перемещаются в электрическом поле и осаждаются на стенках установки. Размер частиц дисперсной фазы, удаляемых этим методом, составляет » 10^-8 м.

Увлажнение  аэрозоля водой или растворами ПАВ  приводит к увеличению массы частиц, нарушению их кинетической устойчивости и выделению дисперсной фазы. Такой метод борьбы с пылеобразованием широко используют в угольных шахтах. На текстильных предприятиях в ткацких цехах проводят непрерывное увлажнение воздуха для борьбы с образованием пыли из мелких волокон.