Электролитная коагуляция. Коагуляция электролитами низшей валентности

Экспериментально установлено, что укрупнение коллоидных гидрофобных примесей воды, т.е. их коагуляция, может происходить при добавлении к воде растворов различных солей (электролитов).

При добавлении электролитов к воде содержащей коллоидные частицы происходят следующие явления:

- во-первых, повышается общая концентрация находящихся в воде ионов;

А это в свою очередь приводит к уменьшению толщины ДЭС, за счёт того, что значительная часть противоионов введённого электролита переходит из диффузионного слоя коллоидной частицы в адсорбционный. При этом происходит уменьшение величины эл. кинетического потенциала согласно следующей схеме:

Влияние концентрации электролита на ζ

С₁ < С₂< С₃ и при этом ζ₁ > ζ₂ > ζ₃ ζ₃ = 0: в этих условиях Д→А

Когда ζ = 0 достигается, так называемое, изо-электрическое (критическое) состояние коллоидной системы. Именно в этих условиях достигается max эффект коагуляции.

Кроме того, что может происходить переход ионов из Д→А слой также имеет место так называемое явление: Обменная адсорбция одновалентного К⁺ природной воды на многовалентный К³⁺ в случае введения в воду коагулянтов. При этом достигается наибольший эффект сжатия А и Д слоёв и ζ = 0 соответственно max эффект коагуляции с появлением хлопьев осадка.

Минимальное количество электролита, вызывающее появление хлопьев, называется порогом коагуляции. При этом ДЭС снижается до такой степени, что он перестаёт служить энергетическим барьером, предохраняющим частицы от слипания.

В 1900 г. Гарди установил:

1. Коагулирующим действием в электролите обладают только те ионы, которые несут заряд, противоположный заряд тв. фазы или коллоидные частицы, т.е. К⁺.

2. Коагулирующее действие иона электролита тем выше, чем больше его валентность.

Так установлено, что ~ равноценное коагулирующее действие оказывает 1 часть К³⁺ или же 30 частей К²⁺ или же 1000 частей К¹⁺

И в общем случае, для « - » заряженных коллоидных частиц коагулирующими ионами являются К⁺, а для « + » заряженных частиц – А^-.

По определению в изоэлектрическом состоянии заряд коллоидных частиц = 0, толщина гидратной оболочки вокруг частицы является минимальной, и поэтому силы отталкивания между частицами тоже являются минимальными, что приводит к максимальному эффекту коагулирования.

В общем случае, когда С_эл = 0, между движущимися коллоидными частицами, которые имеют одноимённый заряд (обусловленный ζ) имеет место два типа взаимодействия:

1. отталкивание т.к. электростатические силы действуют при одноимённых зарядах. Являются дальнодействующими.

2. притяжение – обусловленные, так называемыми силами Ван-дер-Ваальса-Лондона, это молекулярные силы взаимного притяжения. Они действуют на небольших расстояниях между взаимодействующими частицами и с увеличением расстояния силы убывают.

При сближении коллоидных частиц возрастают и силы отталкивания и силы притяжения, но первоначально силы отталкивания превалируют над силами притяжения. И в связи с этим возникает определённый энергетический барьер.

Сказанное можно изобразить на графике следующим образом:

После преодоления частицами энергетического силового барьера преобладающим типом взаимодействия становится притяжение и наблюдается процесс коагуляции.

Но для этого i-я коллоидная частица должна иметь большую скорость движения, чтоб пройти max отталкивание. На практике это мало вероятно и поэтому коллоиды сохраняют агрегативную устойчивость.

При коагуляции коллоидной системы смесью двух электролитов возможны три случая: