51. Кинетическая (седиментационная) и агрегативная устойчивость коллоидно-дисперсных систем.

КИНЕТИЧЕСКАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ - устойчивость коллоидных систем к оседанию. Определяется способностью частиц к броуновскому движению.

В качестве меры кинетической устойчивости принимается гипсометрическая высота, т.е. высота, на которой частичная концентрация уменьшается в 2 раза.

Частицы, находящиеся во взвешенном состоянии в газах, истинных растворах или коллоидных системах (в золях,суспензиях, эмульсиях), испытывают влияние двух противоположных процессов – осаждения под действием силы тяжести (седиментации) и диффузии. В результате этого через некоторый промежуток времени в системе устанавливается седиментационно-диффузионное равновесие, которое выражается в том, что концентрация частиц в объеме системы падает в направлении от нижних слоев к верхним, если дисперсная фаза более плотная, чемдисперсионная среда, и, наоборот, от верхних слоев к нижним, если дисперсная фаза менее плотная.

 АГРЕГАТИВНАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ - способность системы к сохранению постоянной дисперсности.

Для коллоидных систем специфична агрегативная неустойчивость, так как лиофобные системы обладают большим запасом свободной энергии на границе раздела фаз, поэтому всегда возможен процесс агрегации (слипания) частиц и уменьшение общей поверхности дисперсной фазы.

Для придания агрегативной устойчивости требуется введение стабилизатора.

Агрегативная устойчивость коллоидных систем обусловлена тем, что на поверхности раздела происходит адсорбция ионов ( молекул) из окружающей среды. На данных частицах адсорбируются ионы одного знака и частицы приобретают одинаковый заряд. Заряженные одноименно частицы отталкиваются друг от друга, благодаря чему не происходит их агрегация. Агрегации частиц лиофильных коллоидов также препятствует наличие на их поверхности сольватных ( гидратных) оболочек. 

52. Коагуляция коллоидных систем; причины коагуляции. Виды коагуляции. Взаимная коагуляция коллоидов. Электролитная коагуляция.

Коагуляция , также флокуляция  — физико-химический процесс слипания мелких частиц дисперсных систем в более крупные под влиянием сил сцепления с образованием коагуляционных структур.

Коагуляция ведёт к выпадению из коллоидного раствора осадка в виде хлопьев (или «флокул») или к застудневанию. Коагуляция может быть как самопроизвольной (старение) с расслаиванием коллоидного раствора на твёрдую фазу и дисперсионную среду и достижением состояния минимальной энергии, так и искусственно вызванной с помощью специальных реактивов (коагулянтов или флокулянтов).

Коагуляцию коллоидных систем могут вызвать следующие воздействия:

1) механическое встряхивание, перемешивание, взбалтывание коллоидного раствора;

2) изменение температуры;

3) добавление коагулирующего электролита;

4) удаление стабилизирующего электролита, например при диализе;

5) наложение внешней разности потенциалов на коллоидный раствор;

6) добавление другого коллоидного раствора с противоположным зарядом частиц (взаимная коагуляция).

При коагуляции золя электролитами различают кон­центрационную коагуляцию и нейтрализационную коа­гуляции. Концентрационная коагуляция имеет место, когда она происходит под действием индифферентного электролита вследствие сжатия диффузного слоя противоионов и умень­шения абсолютного значения дзета-потенциала.

Нейтрализационная коагуляция происходит при до­бавлении к золю неиндифферентного электролита. Как отмечалось в разделе 8.4, при этом потенциалопределяю-щие ионы связываются в малорастворимое соединение, что приводит к уменьшению абсолютных величин термо­динамического потенциала, а следовательно, и дзета-потенциала вплоть до нуля.

Взаимная коагуляция коллоидов происходит при смешивании разных золей, частицы которых имеют противоположный заряд. Происходит взаимная нейтрализация зарядов частиц. Вследствие исчезновения электростатического отталкивания частицы начинают объединяться при столкновениях и образовывать агрегаты, выпадающие в осадок.

56. Оптические свойства коллоидно-дисперсных систем. Опалесценция и флуоресценция. Поглощение света дисперсными системами.

Оптические свойства дисперсных систем обусловлены взаимодействием электромагнитного излучения, обладающего определенной энергией, с частицами дисперсной фазы. Особенности оптических свойств дисперсных систем определяются природой частиц, их размерами, соотношением между длиной волны электромагнитного излучения и размерами частиц. Одним из характерных оптических свойств является рассеяние света.

В зависимости от свойств частиц дисперсной фазы и их размеров свет, проходя через дисперсную систему, может поглощаться, отражаться или рассеиваться.

Характерное свойство коллоидных растворов – их прозрачность. Коллоидные растворы внешне похожи на истинные растворы. Их отличают от последних по образующейся “светящейся дорожке” – конусу при пропускании через них луча света. Это явление называютэффектом Тиндаля. Более крупные, чем в истинном растворе, частицы дисперсной фазы золя отражают свет от своей поверхности, и наблюдатель видит в сосуде с коллоидным раствором светящийся конус. В истинном растворе он не образуется.

Пропускание луча света через растворы;

а – истинный раствор хлорида натрия;

б – коллоидный раствор гидроксида железа.

При падении света на дисперсную систему могут наблюдаться следующие явления: 

· прохождение света частицами дисперсной фазы; 

· преломление света частицами дисперсной фазы (если эти частицы прозрачны); 

· отражение света частицами дисперсной фазы (если частицы непрозрачны); 

· рассеяние света; 

· адсорбция (поглощение) света дисперсной фазой с превращением световой энергии в тепловую. 

Опалесценция - явления различнойокраски коллоидного раствора в проходящем и рассеянном (отраженном) свете.

Флуоресце́нция (вариант: флюоресценция) — физический процесс, разновидность люминесценции. Флуоресценцией обычно называют излучательный переход возбужденного состояния с самого нижнего синглетного колебательного уровня S₁ в основное состояние S₀. В общем случае флуоресценцией называют разрешенный по спину излучательный переход между двумя состояниями одинаковой мультиплетности: между синглетными уровнями   или триплетными  . Типичное время жизни такого возбужденного состояния составляет 10⁻¹¹−10⁻⁶ с.

Адсорбция (лат. ad — на, при, в; sorbeo — поглощаю) — увеличение концентрации растворенного вещества у поверхности раздела двух фаз (твердая фаза-жидкость, конденсированная фаза - газ) вследствие нескомпенсированности сил межмолекулярного взаимодействия на разделе фаз^[1]. Адсорбция является частным случаем адсорбции, процесс, обратный адсорбции – десорбция.

Поглощение света (адсорбция света), так же как и рассеяние света, во многом определяет окраску дисперсных систем. Таким образом, золь кажется окрашенным в цвет, дополнительный поглощенному: например, поглощая свет в синей части спектра ( 435 - 480 нм), он приобретает желтую окраску, пр поглощении сине-зеленой части спектра он имеет красный цвет. Если все лучи видимого спектра проходят через объект, он кажется прозрачным; если отражаются - белым; если поглощается весь видимый спектр - черным.

Интенсивность поглощенного дисперсной системой света можно оценить как и для молекулярных растворов количественно по уравнению Ламберта – Бер I погл = I_o e^{-εlc ,}

Таким образом, окраска дисперсных систем связана как с избирательной адсорбцией света, зависящей от природы вещества и его дисперсности, так и с рассеянием света, зависящим от дисперсности вещества.