ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ ГИДРОФОБНЫХ ЗОЛЕЙ

Коллоидные системы по степени дисперсности занимают промежуточное положение между истинными растворами (молекулярно- или ионно-дисперсными системами) и грубодисперсными системами. Поэтому коллоидные растворы могут быть получены либо путем ассоциации (конденсации) молекул и ионов истинных растворов, либо дальнейшим раздроблением частиц дисперсной фазы грубодисперсных систем.

Методы получения коллоидных растворов также можно разделить на две группы: методы конденсации и диспергирования (в отдельную группу выделяется метод пептизации). Еще одним необходимым для получения золей условием, помимо доведения размеров частиц до коллоидных, является наличие в системе стабилизаторов – веществ, препятствующих процессу самопроизвольного укрупнения коллоидных частиц.

Дисперсионные методы основаны на раздроблении твердых тел до частиц коллоидного размера и образовании таким образом коллоидных растворов. Процесс диспергирования осуществляется различными методами: механическим размалыванием вещества в т.н. коллоидных мельницах, электродуговым распылением металлов, дроблением вещества при помощи ультразвука.

К конденсационным методам относят методы, основанные на следующих реакциях:

· обмена;

· гидролиза;

· окисления – восстановления.

После получения золей коллоидных растворов их необходимо очищать от электролитов, которые понижают их устойчивость и мешают изучению их свойств.

Очистку золей проводят методом диализа, а используемые для этого устройства называют диализаторами. В них имеется полупроницаемая перегородка, через которую проходят ионы и молекулы низкомолекулярных веществ, но задерживаются крупные по размеру коллоидные частицы. Для ускорения этого процесса применяют электрическое поле и устройства называются электродиализаторами.

Метод отделения дисперсной фазы от дисперсионной среды фильтрованием коллоидных растворов через полупроницаемые мембраны называется ультра-фильтрацией. Для этих целей используют также центрифуги и ультрацентрифуги

2.1. МЕТОД ИОННОГО ОБМЕНА

Если соли взять в эквивалентных количествах, то образуется истинный раствор, содержащий осадок иодида серебра.

Если эту же реакцию провести при избытке KJ, то после протекания реакции в растворе остаются ионы калия и йода.

В данном случае протекают одновременно два процесса. Образуются молекулы трудно растворимого вещества, которые собираются вместе, готовые выпасть в осадок.

Одновременно молекулы AgJ адсорбируют на своей поверхности ионы йода. Ионы йода притягивают к себе ионы противоположного знака, т.е. ионы калия. Состав мицеллы можно выразить формулой:

.

Потенциалобразующие ионы и противоионы образуют адсорбционный слой. Слово "адсорбционный" подчёркивает, что данные ионы прочно адсорбированы на поверхности ядра. Ядро с адсорбционным слоем образует гранулу мицеллы. Гранула мицеллы имеет заряд.

Остальные противоионы представляют собой диффузионный слой. Слово "диффузионный" говорит о том, что данные ионы связаны с ядром очень слабо, и данный слой является подвижным.

Целиком мицелла электронейтральна. Избыточный электролит (KJ) является стабилизатором. Стабилизирующую роль играют заряды диффузионного слоя.

МЕТОД ГИДРОЛИЗА

Реакция гидролиза солей железа:

Fe³⁺ + H₂O ↔ [Fe(OH)]²⁺ + H⁺ ,

Fe³⁺ + 2H₂O ↔ [Fe(OH)₂]⁺ + 2H⁺ ,

Fe³⁺ + 3H₂O ↔ Fe(OH)₃ + 3H⁺ .

Полный гидролиз солей железа (III) протекает медленно и равновесие достигается за пять – шесть месяцев. Поэтому в золях гидроксида железа (III) формируются частицы переменного состава. В технологической практике часто используют соль железа (II) – железный купорос FeSO₄·7H₂O, гидролиз которого можно описать схемой

Fe²⁺ + 2H₂O ↔ Fe(OH)₂ + 2H⁺ .

Гидроксид железа (II) окисляется кислородом, растворенным в воде, в гидроксид железа (III):

4Fe(OH)₂ + 2H₂O + O₂↔ 4Fe(OH)₃ .

Гидроксид железа (II) Fe(OH)₂ хорошо растворим в воде, поэтому для перевода его в гидроксид железа (III) требуется создавать щелочную среду, например, при использовании гидроксида кальция. Гидролиз ускоряется при нагревании. Мицелла гидроксида железа (III) может быть изображена схемой:

2.3. МЕТОДЫ ОКИСЛЕНИЯ И ВОССТАНОВЛЕНИЯ

Рассмотрим образование гидрофобного золя на основе окислительно - восстановительной реакции.

В данном случае ядром будет сера. Она имеет достаточно близкое химическое строение с анионом HS^-, чтобы адсорбировать его на своей поверхности:

{[m S] n HS^- (n –x )H ⁺}^-x H⁺

МЕТОД ПЕПТИЗАЦИИ

Пептизация - это перевод свежеполученного осадка в раствор.

Пептизация бывает двух видов:

· непосредственная;

· посредственная.

Непосредственной называется такая пептизация, при которой осадок и пептизатор имеет общий ион.

Осадок CuS можно пептизировать с помощью ионов меди или серы (Cu²⁺; S^2-).

Пусть пептизатором служит Na₂S:

{[m CuS ] nS^2- 2 (n-x)Na⁺ }^2- *2xNa⁺.

Посредственной называется такая пептизация, при которой осадок и пептизатор не имеют общих ионов, но взаимодействуют между собой химически.