Лабораторная работа №3 изучение золей
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
Мицелла. Двойной электрический слой
Частицу дисперсной фазы в микрогетерогенной системе вместе с двойным электрическим слоем называют мицеллой. Двойной электрический слой образуется, например, на межфазной поверхности между водой и малорастворимым иодидом серебра. При растворении иодида серебра в воду преимущественно переходят ионы серебра, так как они сильнее гидратируются, чем ионы иода (потенциалопределяющих ионов), который будет нейтрализован избытком ионов серебра в прилегающем водном слое (противоионов), часть которых будет находиться в плотном слое, а другая часть – в диффузном слое. Для такой системы формулу мицеллы можно записать следующим образом:
,
где
– агрегат
основного вещества; nAg+
– потенциалопределяющий ион,
– противоион
в адсорбционном слое;
– противоион
в диффузионном слое.
Внутреннюю часть мицеллы составляет агрегат основного вещества. На поверхности агрегата расположены потенциалопределяющие ионы. Агрегат вместе с потенциалопределяющими ионами составляет ядро мицеллы. Ядро с противоионами плотной части двойного электрического слоя образуют гранулу. Гранулу окружают противоионы диффузного слоя. Мицелла в отличие от гранулы электронейтральна.
Если в воду добавить хорошо растворимый нитрат серебра, увеличивается электрохимический потенциал ионов серебра. Вследствие этого с поверхности иодида серебра в воду будут переходить преимущественно ионы иода, и поверхность соли зарядится положительно (избыток ионов серебра), а иодид-ионы будут выступать в качестве противоионов.
Если же в систему с иодидом серебра добавить иодид калия, то потенциалопределяющими станут иодид-ионы, и формула двойного электрического слоя примет вид
,
Для определения заряда поверхности используют правило Фаянса – Панета, согласно которому структуру кристаллической решетки могут достраивать только те ионы, которые входят в ее состав. Потенциалобразующими являются ионы, входящие в состав соединения или изоморфные с ним, т. е. родственные им.
Если основное вещество AgI, то могут быть использованы не только ионы I–, но и Cl–, Br– (галогены). Если основное вещество – гидроксид, то потенциалобразующими могут быть не только ионы ОН–, но и Н+ [4].
Явление рассеяния света
Явление рассеяния света коллоидными системами наблюдал еще Фарадей (1857), исследовавший золи золота. Тиндаль установил, что светорассеяние удобно наблюдать на темном фоне при пропускании пучка света через золь сбоку. Особенно четко оно заметно при фокусировании света внутри коллоидной системы, когда образуется светящийся конус (конус Тиндаля). Само это явление часто называют эффектом Тиндаля. В дальнейшем было установлено, что светорассеяние не является особенностью гетерогенно-дисперсных систем. В совершенно однородной среде свет не должен рассеиваться. В соответствии с принципом Гюйгенса каждую точку среды, до которой дошел волновой фронт, можно рассматривать как новый источник колебаний. Эти вторичные колебания усиливают друг друга в направлении распространения волны и гасятся в других направлениях. Рассматривая таким образом распространение волнового фронта, можно заключить, что в однородной изотропной среде он всегда остается геометрически подобным себе, например, плоская волна будет оставаться плоской. Если же на пути распространения плоской волны появляется местная неоднородность (с другим показателем преломления), то каждая точка неоднородности станет самостоятельным центром колебаний. Возникает фронт волны, направление которого меняется и зависит от размера неоднородности. Если размер неоднородности значительно больше длины волны, то, в основном, наблюдается отражение по соответствующим законам. При длине волны больше размера неоднородности, колебание рассеивается по всем направлениям. В этом случае колебания, исходящие от каждой точки неоднородности, не имеют определенных разностей фаз и более или менее усиливают друг друга во всех направлениях. Так возникает рассеяние света во все стороны. Рассеяние возможно только тогда, когда неоднородности находятся на расстояниях друг от друга больших, чем длина волны. Сами же неоднородности должны иметь размеры меньше длины волны. Голубоватое свечение дисперсных систем, являющееся следствием светорассеяния называется опалесценцией.
Теория светорассеяния для сферических, непоглощающих света частиц, была развита Рэлеем [1].