Задание № 166. Охарактеризуйте методы очистки коллоидных растворов.

       Очистка коллоидных систем от примесей присутствующих в них электролитов осуществляется при помощи мембран или фильтров, пропускающих ионы, но задерживающих коллоидные частицы. Эти методы называют соответственно диализом и фильтрацией.

       Для ускорения процесса диализа часто используют электрический ток; в этом случае метод называется электродиализом. Электродиализатор представляет собой сосуд, разделенный на три части полупроницаемыми перегородками, задерживающими коллоидные частицы. Разделение сосуда только одной перегородкой может привести к тому, что присутствующий электролит, например сульфат натрия, разделится на два раствора - серную кислоту и гидроксид натрия в анодной и катодной частях. Это может вызвать нарушение устойчивости золя. В средней части электродиализатора обычно помещается золь, а в боковых, приэлектродных пространствах, устанавливается постоянный поток дистиллированной воды для удаления прошедших через мембрану ионов. Природа мембран оказывает существенное влияние на ход процесса электродиализа. В последнее время часто используют мембраны с ионообменной смолой.

       Коллоидные системы - золи или латексы - содержат загрязняющие вещества: золи - соли, латексы - соли, продукты распада инициатора и избыточное количество эмульгатора. Эти вещества обычно искажают коллоидно-химические свойства золей и латексов, поэтому в ряде случаев они должны быть удалены. Очистка золей и латексов проводится одним из методов диализа: периодическим или непрерывным.

         Метод периодического диализа.

       Диализатор  снизу затягивают мембраной из полиэфирной пленки с калиброванными порами для удаления солей или солей и эмульгаторов. Если таких мембран нет, то для удаления солей из золя используют целлофан, который предварительно обрабатывают в 40%-ным раствором хлорида цинка в течение 3-4 ч, промывают раствором 5%-ной соляной кислоты и дистиллированной водой до полного удаления ионов хлора. Мембрану из обработанного целлофана высушивают на воздухе.

       В диализатор с закрепленной внизу  пленкой наливают 100-200 см³ золя или латекса и помещают его в эксикатор с дистиллированной водой. Золь или латекс не должен занимать более половины объема диализатора, потому что на первом этапе дистиллированная вода из кристаллизатора будет проникать в диализатор вследствие разности осмотических давлений, так как концентрация электролитов в золе или латексе достаточно велика. Концентрация солей (и свободного эмульгатора в латексе) будет уменьшаться по мере прохождения диализа в результате перехода их через мембрану в диализат (воду в эксикаторе). Мембранное равновесие наступает через достаточно длительный промежуток времени (2-3 ч), поэтому ускорить диализ можно периодически (через 20-30 мин) сменяя воду в эксикаторе. Обычно для полного удаления электролита из золя (латекса) достаточно 8-10-кратной смены воды в эксикаторе. Полноту удаления электролита контролируют по электропроводности золя, которая при полной очистке от электролитов должна быть равной электропроводности воды. Одновременно с электролитом удаляется и свободный эмульгатор из латекса. Полноту его удаления контролируют по поверхностному натяжению диализата. Очистка латекса от свободного эмульгатора – длительная процедура.

       Для удаления связанного с частицами полимера в латексе эмульгатора проводят равновесный диализ, т.е. воду в эксикаторе заменяют после установления равновесия: эмульгатор на частицах полимера - эмульгатор в водной фазе латекса - эмульгатор в диализате. При равновесном диализе уменьшение концентрации связанного эмульгатора в латексе пропорционально отношению объемов латекса и диализата. Достижение равновесия контролируют по поверхностному натяжению, которое должно установиться постоянным. Для полной очистки латекса от эмульгатора необходимо 3-5 смен воды в эксикаторе. Полная очистка латекса от эмульгатора соответствует неизменности по сравнению с водой поверхностного натяжения диализата в эксикаторе. Для ускорения очистки золей или латексов от примесей электролитов используют различного рода диализаторы непрерывного действия, в которых дистиллированная вода поступает непрерывно.

       Метод непрерывного электродиализа

       Процесс диализа очень медленный и для его ускорения можно использовать электрический ток. Электроды устанавливают в боковых камерах диализатора. При разделении объема на три части в боковых камерах будут концентрироваться ионы, противоположные по знаку заряду электродов таким образом, как это показано на рис. При малой плотности тока ионы будут вымываться потоком воды. С ростом концентрации ионов и вызванным этим повышением плотности тока возможны процессы электролиза воды в соответствии с реакциями, приведенными на рис. Такое наложение электрического поля на диффузионный процесс перераспределения ионов в системе способно ускорить процесс очистки в несколько раз. Процесс электродиализа может осложняться электроосмосом вследствие образования двойного ионного слоя на мембранах, имеющих, как правило, отрицательно заряженный поверхностный слой ионов, определяющих собственный заряд мембран. Поэтому переход анионов из центральной части электродиализатора будет затрудняться, а переход катионов - облегчаться.³ 
 

       Задание №195. Составьте формулы мицелл коллоидных растворов. Обозначьте все слои мицеллы.

       PbBr+AgNO₃→AgBr+PbNO₃

         Изб. 

       PbBr↔Pb⁺+Br^-

       [m AgBr]- агрегат

       [m AgBr]n Br- ядро

       [m AgBr]n Br(n-x)Pb⁺- гранула

       {[m AgBr]n Br(n-x)Pb }^-хx Pb⁺- мицелла

            Абсорбционный слой ξ Диффузный слой

       Задание № 206. Процесс пептизации. Чем можно его вызвать?

       Пептизация - процесс, обратный коагуляции, а именно - переход коагулята в золь; при этом затрачивается работа против межмолекулярных сил притяжения.

       Пептизация тем более вероятна, чем более лиофилизирован исходный золь и чем меньше времени прошло с момента коагуляции. В случае концентрационной коагуляции пептизацию можно осуществлять отмывкой коагулята от электролита водой. В случае адсорбционной коагуляции, связанной с уменьшением z-потенциала поверхности - повышением потенциала путем добавления электролита, содержащего потенциалопределяющие ионы.

       Самопроизвольные  процессы пептизации происходят вследствие уменьшения поверхностной энергии системы. Они могли быть обусловлены уменьшением общей поверхности системы либо уменьшением поверхностного натяжения на границе раздела фаз. К пептизационным явлениям, связанным с уменьшением общей поверхности, относят:

       1) Капиллярные явления, в частности приобретение каплями (в туманах) и газовыми пузырьками (в жидкой среде) сферической формы, при которой поверхность капли (пузырька) минимальна;

       2) Коалесценция - слияние капель в эмульсиях (или газовых пузырьков в пенах)при их непосредственном контакте;

       3) Спекание мелких твердых частиц в порошках при достаточно высоких температурах;

       4) Собирательная рекристаллизация - укрупнение зерен поликристаллического материала при повышении температуры;

       5) Изотермическая перегонка - увеличение объема крупных капель за счет уменьшения мелких. При этом вследствие повышения давления паров жидкости с более высокой кривизной поверхности происходит испарение мелких капель и последующая их конденсация на более крупных каплях.

       При определенных условиях в системе могут происходить самопроизвольные пептизационные явления, сопровождающиеся увеличением общей поверхности раздела фаз. Так, самопроизвольное диспергирование и образование устойчивых лиофильных коллоидных систем  происходит в условиях, когда увеличение поверхностной энергии, вызываемое измельчением частиц, компенсируется их вовлечением в тепловое движение и соответствующим возрастанием энтропии. При образовании зародышей новой фазы при конденсации паров, кипении, кристаллизации из растворов и расплавов увеличение энергии системы вследствие образования новой поверхности компенсируется уменьшением химического потенциала вещества при фазовом переходе. Критические размеры зародышей, при превышении которых выделение новой фазы идет самопроизвольно, зависят от поверхностного натяжения, а также от величины перегрева (переохлаждения, пересыщения).