Получение коллоидных растворов

1. Получение коллоидных растворов

Приготовление
искусственных минеральных
коллоидов является работой
весьма деликатной в виду
характерной для них
нестойкости» Л. Менье.

2.

Коллоидные системы могут быть получены
либо путем ассоциации молекул или ионов
истинных растворов, (метод конденсации)
либо
увеличением
степени
раздробленности частиц дисперсной фазы
грубодисперсных
систем
(метод
диспергирования).
Диспергирование и конденсация – два
общих подхода к получению дисперсных
систем.

3. МЕТОДЫ ДИСПЕРГИРОВАНИЯ

ДИСПЕРГИРОВАНИЕ –это способы
получения коллоидных растворов путем
дробления крупных кусков до частиц
коллоидных размеров.
Диспергирование бывает
самопроизвольным и
несамопроизвольным

4.

По
характеру взаимодействия дисперсной
фазы и дисперсионной среды коллоидные
растворы
можно
подразделить
на
лиофобные (когда частицы дисперсной
фазы не взаимодействуют или слабо
взаимодействуют с дисперсионной средой)
и лиофильные, когда частицы ДФ сильно
взаимодействуют с ДС.

5. Самопроизвольное диспергирование характерно только для лиофильных систем.

Лиофильные коллоиды могут образовываться
самопроизвольно,
благодаря
сильному
взаимодействию
дисперсной
фазы
и
дисперсионной среды. Образующиеся системы
являются
термодинамически
устойчивыми
относительно процессов слипания (агрегации)
частиц и,
последующего расслоения на
отдельные фазы. Они способны сохранять
агрегативную устойчивость без стабилизатора.

6.

Термодинамическим условием
самопроизвольного протекания процесса,
диспергирования, является
∆G = ∆H – T∆S < 0.
При самопроизвольном диспергировании:
∆H < 0, ∆S > 0, ∆G < 0

7.

Согласно
Ребиндеру и Щукину
самопроизвольное
отщепление
частиц
коллоидных
размеров
от
макрофазы
возможно, если межфазное натяжение мало. В
этом
случае
работа,
затрачиваемая
на
образование
новой
поверхности,
компенсируется
уменьшением энтальпии в
процессе сольватации и ростом энтропии за
счет
участия
образующихся
частиц
в
броуновском движении.

8. Критерий образования лиофильных систем Ребиндера-Щукина

σ≤βk T
d^2
Б
Где
σ- поверхностное натяжение
d – линейный размер частиц,
β – коэффициент, учитывающий форму
частиц и изменение энтропии.

9.

Примерами лиофильных систем могут быть
критические
эмульсии,
мицеллярные
растворы ПАВ, растворы некоторых ВМС
(например,
растворы
яичного
белка,
крахмала или желатина в воде образуются
самопроизвольно и в дальнейшем не
расслаиваются).

10. Несамопроизвольное диспергирование характерно для лиофобных систем.

В
лиофобных системах, происходит
слабое взаимодействие между частицами
дисперсной фазы и дисперсионной среды.
Они могут быть получены только путем
принудительного диспергирования, т. е.
для их образования требуется затратить
внешнюю работу.

11.

Лиофобные системы являются
термодинамически неустойчивыми.
Условием несамопроизвольного
диспергирования является:
∆H > 0, ∆S > 0, ∆G > 0
Для
стабилизации
лиофобных
систем
необходимо присутствия стабилизатора.
Роль стабилизатора могут выполнять
электролиты, ПАВ, белковые соединения и
т. д.

12.

Лиофобными дисперсными системами
являются, например, водные суспензии и
золи твердых частиц (металлов, оксидов
металлов
и
др.),
которые
слабо
взаимодействуют с водой, эмульсии слабо
взаимодействующих жидкостей.

13.

Несамопроизвольное диспергирование
делится на:
- механическое
- физическое (диспергирование
ультразвуком, электрическим током)

14. Механическое диспергирование

Механическое диспергирование является
основным
способом
измельчения
материалов, который применяется в
промышленности
и
повсеместно
встречается в природе. При механическом
диспергировании дробление происходит
при совершении над системой внешней
механической работы.

15.

Механическое диспергирование
осуществляют различными способами:
- истиранием,
- раздавливанием,
- раскалыванием,
- распылением,
-барботажем (пропусканием струи
воздуха через жидкость),
-встряхиванием, т. п.

16.

В
промышленности
так
получают
стройматериалы (цемент,
сухие краски,
шпатлевки и другие строительные смеси в
виде сухих порошков и суспензий),
лекарственные средства (порошки, мази,
пасты, эмульсии), пищевые продукты
(пряности, молотый кофе) и др .

17.

Чаще
всего измельчение проводят в
дробилках,
жерновах
и
мельницах
различной
конструкции,
из
которых
наиболее распространенные – это шаровая
и коллоидная мельницы.

18. Шаровая мельница

Шаровая мельница – это
полый
цилиндрический
сосуд,
частично
заполненный шарами из
того же материала, что и
сам цилиндр (сталь, агат,
фарфор). При медленном
вращении цилиндра шары
перекатываются, истирая
и дробя материал.

19. Механическое раздробление в коллоидных мельницах

Частички вещества в предварительно
измельченном виде смешиваются с
соответствующей
жидкостью,
содержащей стабилизатор, и в виде
взвеси подаются через загрузочное
отверстие.
При
помощи
быстро
вращающихся
лопастей
взвесь
приводится в быстрое вращение, в
результате чего частицы вещества
приобретают скорость и, ударяясь о
неподвижные выступы, разбиваются на
мелкие частицы.

20.

Разрушение
материалов
в
процессе
диспергирования может быть облегчено за
счет
использовании эффекта
Ребиндера - явления адсорбционного
понижения прочности твердых тел. Этот
эффект
заключается
в
уменьшении
поверхностной
энергии
с
помощью
поверхностно-активных веществ.

21. Физическое диспергирование

Физическое диспергирование, в отличие от
механического, предполагает использование
таких приемов измельчения материалов, которые
не требуют затрат механической работы
(физической работы); при этом химический
состав диспергируемых веществ, не изменяется.
Физические
методы,
основанные
на
использовании
ультразвуковых
волн
и
электрического поля.

22. Получение коллоидных частиц методом электрического распыления

Этот метод состоит в том, что через какую –
либо дисперсионную среду (например воду)
пропускают
электрический
ток
между
электродами, изготовленными из материала,
коллоидный
раствор
которого
хотят
получить. Так, для получения золя платины
используют
платиновые
электроды,
пропуская между ними электрическую дугу.
При этом один электрод распыляется.
Метод электрического распыления
материалов в вольтовой дуге был
изобретен Бредигом в 1898г.

23. Получение коллоидных растворов с помощью ультразвука.

Колебания воздуха с большой частотой (10^5
10^6 Гц) называются ультразвуковыми волнами,
которые
образуются
с
помощью
пьезоэлектрических осцилляторов. При этом
взвесь
грубодисперсного
вещества
под
действием ультразвуковых волн размельчается
до коллоидного состояния. Этим методом можно
получить коллоидные растворы смол, гипса,
графита, металлов, красителей, крахмала и
многих других веществ.

24. Методы конденсации

Конденсационные методы – это способы
получения коллоидных растворов путем
объединения (конденсации) молекул и ионов
в более крупные частицы коллоидных
размеров.
Система
из гомогенной превращается в
гетерогенную, т.е. возникает новая фаза(д.ф.).
Конденсационные
методы
делятся
на
физическую и химическую конденсацию.

25. Методы физической конденсации

Метод конденсации из паров
Метод Рогинского-Шальникова
Метод замены растворителя.

26. Метод конденсаци из паров.

В методе конденсации из паров
исходное
вещество находится в паре. При понижении
температуры пар становится пересыщенным и
частично конденсируется , образуя ДФ, в виде
микроскопических частиц. т. е. образуется
дисперсная система
В качестве примера можно привести образование тумана. В дневное
время суток образуется насыщенный при данной температуре водяной
пар, а при более низкой ночной температуре такой пар является уже
пересыщенным и образуется новая фаза – взвешенные в воздухе
капельки жидкости, которые мы называем туманом.

27. Метод Рогинского-Шальникова

Схема прибора С.З.Рогинского
1,3 – отростки для С6Н6 и металлического Na;
2 – отросток для сбора коллоидного раствора;
4 – пробирки с жидким воздухом
Этот метод основан на конденсации паров в вакууме
на поверхности сосуда, охлажденного жидким
воздухом (рис.). Для этого в отростках 1 и 3 прибора
подвергаются
испарению
одновременно
диспергируемое вещество (например, натрий) и
дисперсионная среда (например, бензол) при
температуре
673
К.
Пары
этих
веществ
конденсируются
на
поверхности
сосуда
4,
охлаждаемого жидким воздухом до 197 К., при этом
охлажденный твердый бензол, намерзающий на
стенках, содержит затвердевший натрий. После
удаления из сосуда 4 жидкого воздуха температура
постепенно повышается, оттаявшая смесь бензола с
натрием попадает в отросток 2, образуя коллоидный
раствор натрия в бензоле .

28. Метод замены растворителя.

При замене одного растворителя другим можно
перевести растворенное вещество, находящееся
в молекулярном раздроблении в коллоидное
раздробление. Для этого необходимо иметь два
смешивающихся между собой растворителя,
один из которых хорошо растворяет вещество, а
другой – не растворяет. Так, мастика хорошо растворима
в спирте и почти не растворима в воде. При добавлении
спиртового раствора мастики в воду происходит резкое
понижение растворимости мастики, в результате чего молекулы
соединяются в коллоидные частицы. Также получают коллоидные
растворы серы или канифоли.

29. Методы химической конденсации.

Метод, основан на проведении в растворе
химических
реакций,
сопровождающихся
образованием
нерастворимых
или
труднорастворимых веществ, которые образуют
частицы дисперсной фазы
Для
химической конденсации могут быть
использованы реакции всех типов: окислениявосстановления, гидролиза, обмена, замещения,
нейтрализации и т. д.

30.

1.Реакция восстановления.
2NaAuO2+3HCOH+Na2CO3 =
2Au+3HCOONa+NaHCO3+H2
(красный золь золота получают восстановлением соли золота
формальдегидом)

31.

Реакция двойного обмена между двумя
растворимыми веществами, (например, получение
золя хлорида серебра)
AgNO3+NaCl = AgCl+NaNO3
Реакция гидролиза
FeCl3+3H2O=Fe(OH)3+3HCl (100 С)

32. Пептизация.

Пептизацией называют переход осадков
в коллоидный раствор под действием
специальных стабилизирующих добавок
(пептизаторов).
Ионы
пептизатора
хорошо адсорбируются на поверхности
коллоидных частиц осадка и тем самым
обусловливают
переход осадка в
коллоидное состояние.

33.

!!! В отличие от других методов
образования коллоидных растворов при
пептизации не происходит изменения
степени дисперсности частиц, а только
их разъединение.

34.

В роли пептизаторов могут выступать растворы
электролитов, поверхностно-активные вещества.
Пептизировать
можно
только
свежеприготовленные осадки, в которых частицы
коллоидного размера соединены в более крупные
агрегаты через ДС. По мере хранения осадков
происходят явления рекристаллизации и старения,
приводящие к сращиванию частиц друг с другом,
что препятствует процессу пептизации.

35.

Различают следующие виды пептизации:
- пептизация осадка электролитом –
адсорбционная пептизация
- пептизация путем поверхностной
диссоциации
пептизация путем промывания осадка

36.

пептизация осадка электролитом –
адсорбционная пептизация – отталкивание
частиц осадка друг от друга вызывается
двойными
ионными
слоями,
образованными на поверхности частиц за
счет адсорбции ионов добавляемого
электролита-пептизатора.
-

37.

пептизация
путем
поверхностной
диссоциации – образование двойного
ионного слоя за счет диссоциации молекул
на поверхности твердой фазы. Пептизатор
в этом случае способствует процессу
диссоциации
(например,
образование
растворимых соединений.

38.

пептизация
путем
промывания
осадка
–
применяется в случае высокой концентрации
электролита, когда на поверхности частиц осадка
есть двойные ионные слои, но они сжаты.
Промывание водой уменьшает концентрацию
электролита, что приводит к увеличению двойного
ионного слоя и силы электростатического
отталкивания и вызывает коллоидное растворение
осадка.

39.

Различают
пептизацию
непосредственную и посредственную,
в зависимости от того, что адсорбируется
на
поверхности
частиц
перед
их
разделением: прибавленное вещество
(стабилизатор)
или
продукт
взаимодействия частиц с веществом.

40.

Пример
непосредственной
пептизации
–
диспергирование студенистого осадка Fe(OH)3 при
действии на него FeCl3
Примером
посредственной пептизации может
служить получение того же золя Fe(OH)3 при
действии разбавленной соляной кислоты. При этом
часть молекул Fe(OH)3 взаимодействует с соляной
кислотой с образованием FeOCl, адсорбируясь на
поверхности частиц осадка Fe(OH)3 , переводят его
в коллоидное состояние.