Колоїди

Розглянута в попередньому параграфі кремінна кислота є типовим представником речовин, що характеризуються тенденцією до утворення колоїдних розчинів. Тому при її виділенні з солей осідає зазвичай лише частина отриманого гідрату кремнезему. Відповідно змінюючи концентрації розчинів, можна підібрати такі умови, при яких осад зовсім не утворюється, а вся кремінна кислота залишається в колоїдального – розчиненому стані.

Як вже зазначалося раніше (V § 1), за розмірами розподілених частинок колоїдні розчини розташовуються між взвесями, з одного боку, і молекулярними розчинами, з іншого. Грубо кажучи, областю колоїдного стану речовини можна вважати розміри частинок від 1 до 100 ммк. При збільшенні в мільйон разів молекули представилися б нам у вигляді більш -менш великих точок, частинки тонких суспензій придбали б розміри великого яблука, а вся проміжна область величин дала б різні градації колоїдного дроблення речовини.

Дисперсна система з колоїдними розмірами розподілених в тій чи іншій середовищі частинок носить назву колоїдного розчину або золю. Найбільше практичне значення з різних золів мають гідрозолі, тобто колоїдні системи, в яких середовищем є вода.

Подібно молекулам істинного розчину, колоїдні частинки золів знаходяться в безперервному хаотичному русі. хоча

інтенсивність останнього швидко зменшується у міру збільшення розмірів часток, у разі колоїдних розчинів вона ще достатня для того, щоб протидіяти силі тяжіння. Тому колоїдні частинки з того середовища, в якій вони розподілені, мимовільно ке виділяються. Навпаки, мимовільне виділення під дією сили тяжіння характерно для більш великих часток суспензій, що зовні і відрізняє останні від колоїдних розчинів.

Від молекулярних розчинів колоїдні зазвичай можна відрізнити за їх іншим оптичним властивостям. Якщо крізь склянку з колоїдним розчином пропустити сильний пучок світлових променів, то в результаті светорассеянія колоїдними частинками виникає світлий конус, добре видимий в темному приміщенні. Навпаки, поставлений в ті ж умови істинний розчин здається «оптично порожнім», тому що містяться в ньому частинки молекулярних розмірів світло помітно не розсіюється. З наявністю светорассеянія пов’язана також часто спостерігається опа – лесценція колоїдних розчинів, тобто їх мутнуватий вид у відбитому світлі.

Поряд з оптичними сильно розрізняються і багато інших властивостей колоїдних і молекулярних розчинів. Так як колоїдні частки незрівнянно більше окремих молекул, при однаковій загальній концентрації розподіленого речовини число їх в одиниці об’єму набагато менше. Внаслідок цієї зміни властивостей розчинів, пов’язані з числом розчинених часток (осмотичні явища, зниження температури замерзання і т. д.), проявляються у колоїдних розчинів лише в мізерно малою мірою.

Суттєвою особливістю колоїдного стану речовини, безпосередньо пов’язаної з малими розмірами частинок, є колосальний розвиток їх загальної поверхні. Якщо уявити собі кубик з довжиною ребра в 1 см, то обсяг його буде дорівнює 1 см3, а загальна поверхня складе 6 см2. При дробленні дан ного кубика на дрібніші сумарний обсяг останніх залишається тим же, а їх загальна поверхня, як це видно з даних приводиться таблиці, надзвичайно швидко збільшується.

В області розмірів колоїдних частинок (100 ммк -1 ммк) ступінь дисперсності речовини (тобто відношення поверхні до об’єму) величезна. У зв’язку з цим для колоїдів особливо характерні всі процеси, що протікають на поверхні розділу двох фаз, зокрема, адсорбція.

1) Оскільки діаметр пір звичайної фільтрувального паперу складає 10000 – З000 ммк, крізь неї легко проходять частки не тільки всіх колоїдних розчинів, але і тонких суспензій. Те ж відноситься і до «ущільненим» фільтрам з порами діаметром до 1000 ммк. Скляні фільтри звичайно мають пори діаметром в інтервалі 100 000-10 000 ммк, спеціальні фарфорові та глиняні – до 100 ммк. Останні вже повністю затримують суспензії, але ще пропускають частинки колоїдних розчинів. Частинки ці можуть бути затримані плівками деяких речовин (наприклад, коллодия), службовцями для виготовлення так званих ультрафільтрів. Найбільш щільні ультрафільтри мають пори діаметром до 1 ммк і затримують вже не тільки всі колоїдні частинки, а й окремі, особливо об’ємисті молекули істинних розчинів.

Так як за своїми розмірами колоїдні частинки лежать між частинками суспензій і молекулами, до отримання речовини в колоїдному стані можна підійти з двох сторін: або шляхом дроблення більших частинок, або, навпаки, шляхом утворення агрегатів з окремих молекул. Методи отримання колоїдів по першому шляху носять назву дисперсійних, по другому – конденсаційних. Найпростішим по ідеї дисперсійним методом є механічне дроблення вихідної речовини. Таким шляхом за допомогою спеціальних колоїдних млинів можуть бути отримані частинки діаметром до 10 ммк.

Ще частіше застосовуються конденсаційні методи, засновані на різних хімічних реакціях, що ведуть до утворення практично нерозчинних у обрану середовищі речовин. Регулюючи умови протікання процесу, можна домогтися виділення цих речовин у вигляді колоїдних частинок тих чи інших розмірів.

По відношенню до рідкої фазі, в якій вони розподілені, колоїдні частинки розпадаються на дві великі групи. Представники однієї з них адсорбують на своїй поверхні молекули речовини навколишнього середовища і утворюють з ними більш -менш міцні комплекси сольватного типу. Такі колоїди називають ліофільними (в окремому випадку води – гідрофільними). Кожна частка ліофільного колоїду оточена пов’язаної з нею рідкої оболонкою, що не цілком руйнується навіть при злипанні часток один з одним. Внаслідок цього при утворенні більш крупних агрегатів до їх складу включається і рідка фаза.

Представники іншої групи колоїдів НЕ адсорбують молекул рідкої фази Подібні колоїди носять назву лиофобних (в окремому випадку води – гідрофобних). У їх золях окремі частки не оточені плівкою рідкої фази, і остання при утворенні більш крупних агрегатів в них не включається. Прикладом гідрофобного колоїду може служити сірчистий миш’як, прикладами гідрофільних – кремінна кислота і окис заліза.

Крім речовини того середовища, в якій вони розподілені, колоїдні частинки здатні адсорбувати і інші присутні в рідкій фазі молекули, а також – що особливо важливо – іони. В останньому випадку вони самі стають електрично зарядженими. Так як властивості поверхні у однакових колоїдних частинок одні й ті ж, всі вони заряджаються при цьому однойменно: адсорбуючі переважно катіони – позитивно (позитивні колоїди), адсорбуючі головним чином аніони – негативно (негативні колоїди). Позитивними при звичайних умовах отримання є, зокрема, гідрозолі окислів металів, негативними – гідрозолі сірчистих сполук, (а також кремнієвої кислоти).

Знак заряду колоїдних частинок може бути встановлений на досвіді, тому що під дією постійного електричного струму позитивні колоїди пересуваються до катода, а негативні – до анода. При вивченні цього явища (званого електрофорезом) досліджуваний гидрозолей поміщають в нижню частину забезпеченою кранами U -подібної трубки (мал. 147), потім закривають обидва крана, промивають верхню частину приладу, заповнюють її водою і опускають в останню електроди. Після відкривання обох кранів і включення постійного струму в трубці починає відбуватися електрофорез. Пересування колоїдних частинок від одного полюса до іншого особливо легко спостерігати в разі кольорових золів безпосередньо щодо зміни рівнів пофарбованого шару рідини в обох колінах трубки.

Електрофорез знаходить ряд технічних застосувань. Наприклад, при виробництві порцеляни з його допомогою звільняють глину від домішок оксидів заліза. Метод заснований на тому, що частинки збовтати у воді глини заряджаються негативно, тоді як частки окису заліза – позитивно. При пропущенні крізь суспензія електричного струму у анода збирається дуже чиста глина.

Посилання на основну публікацію