Строение коллоидных частиц
Всякий золь состоит из мицелл (частиц дисперсной фазы), и интермицелярной жидкости (дисперсионной среды, в состав которой входят растворитель и растворенные в нем электролиты и неэлектролиты).
Мицеллы имеют сложное строение. Согласно современным представлениям мицелла состоит из электронейтрального агрегата и ионногенной оболочки. Электролит, ионы которого образуют ионогенную оболочку агрегата, называется стабилизатором. При получении золя химическим методом таковым обычно является электролит взятый в избытке. Он сообщает устойчивость коллоидным растворам за счет сил отталкивания одноименно заряженных частиц (гранул).
Масса коллоидной частицы сосредоточена главным образом в агрегате, который состоит из сотен и тысяч атомов и молекул. Например, средняя молярная масса мицеллы гидрозоля гидроксида железа (III) равна 56500 г/моль, а гидрозоля кремниевой кислоты – 49000 г/моль. Следовательно, в первом случае в частицу входит 530 атомов Fe, во втором – 630 атомов Si.
Предположим, что золь иодида серебра образуется в ходе химической реакции:
AgNO3 + KI AgI + KNO3.
Основу коллоидных частиц (рис.32) составят микрокристаллы труднорастворимого AgI, включающие в себя m структурных единиц AgI (точнее m пар ионов Ag+ и I–). Эти микрокристаллы называют агрегатом.
Е
Под действием электростатических сил к ядру притягивается n ионов противоположного знака – противоионов, компенсирующих заряд ядра. В данном случае эту роль выполняют находящиеся в избытке ионы К+. Часть противоионов (n–x) прочно удерживаются около ядра и образуют вместе с потенциалопределяющими ионами адсорбционный слой. Агрегат и адсорбционный слой вместе составляют гранулу, имеющую заряд вследствие неполной компенсации заряда потенциалопределяющих ионов противоионами, в нашем случае – отрицательный.
Остальные х противоионов К+, слабее связанных с ядром (только электростатически), под влиянием теплового движения располагаются в жидкой среде диффузно (т.е. размыто), поэтому и называются диффузным слоем. Гранула вместе с диффузным слоем противоионов составляет мицеллу. Мицелла электронейтральна. Схему мицеллы можно изобразить следующим образом:
В том случае, если в избытке взят раствор AgNO3, схема мицеллы будет иметь следующий вид:
{[mAgI]nAg+
(n–x)NO
}х+х
NO
Из приведенных формул видно, что первая мицелла имеет отрицательно заряженную гранулу, вследствие избирательной адсорбции на агрегате ионов I–, а гранула второй мицеллы заряжена положительно за счет ионов Аg+, то есть заряд гранулы определяется зарядом потенциалопределяющих ионов.
При пользовании схемами строения мицелл следует помнить, что мицелла золя не является чем-то постоянным. Числа m, n и х могут изменятся в широких пределах в зависимости от условий получения и очистки золя, а также под воздействием различных внешних факторов. Например, при введении в золь индифферентного (специфически не взаимодействующего с поверхностью) электролита будет происходить сжатие диффузной части (уменьшение радиуса мицеллы). При этом противоионы диффузного слоя начнут переходить в адсорбционный слой, т.е количество противоионов адсорбционного слоя
(n–х) будет возрастат, а количество противоионов диффузногоо слоя (х) – уменьшаться. Заряд гранулы падает и в случае полного перехода ионов в адсорбционный слой частица лишается заряда, (гранула станет нейтральной). Схема мицеллы примет вид:
{[mAgI]nI– nK+}0 или {[mAgI]nAg+ nNO }0
Не имея заряда, коллоидные частицы при сталкивании начнут слипаться, что приведет к укрупнению частиц и выпадению их в осадок под действием силы тяжести. Коллоидная система при этом перейдет в грубодисперсную, а затем произойдет разделение фаз. Таким образом, наличие заряда у частицы дисперсной фазы, как и наличие диффузного слоя, от которого зависит величина заряда частицы, являются основными условиями того, что система не разрушится.
Из этого следует, что для получения устойчивых коллоидных систем обязательно наличие стабилизатора.