Методы получения лиофобных коллоидов

Коллоидные системы по степени дисперсности занимают промежуточное положение между истинными растворами (молекулярноили 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, который будет рассмотрен позднее). 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.

1. Дисперсионные методы.

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

2. Методы конденсации.

Вещество, находящееся в молекулярно-дисперсном состоянии, можно перевести в коллоидное состояние при замене одного растворителя другим — так называемым методом замены растворителя. В качестве примера можно привести получение золя канифоли, которая не растворяется в воде, но хорошо растворима в этаноле. При постепенном добавлении спиртового раствора канифоли к воде происходит резкое понижение растворимости канифоли, в результате чего образуется коллоидный раствор канифоли в воде. Аналогичным образом может быть получен гидрозоль серы.

Коллоидные растворы можно получать также и методом химической конденсации, основанном на проведении химических реакций, сопровождающихся образованием нерастворимых или малорастворимых веществ. Для этой цели используются различные типы реакций — разложения, гидролиза, окислительно-восстановительные и т. д. Так, красный золь золота получают восстановлением натриевой соли золотой кислоты формальдегидом:

Строение мицеллы данного золя можно представить следующей схемой:

Аналогичным образом получают золь серебра из разбавленных растворов нитрата серебра. Золь серы может быть получен окислением сероводорода кислородом в водном растворе, действием на сероводород сернистого газа либо разложением тиосерной кислоты:

Строение золя серы можно представить схемой:

Золи могут быть получены также путем реакций ионного обмена, в результате которых выделяется нерастворимая соль, образующая при определенных условиях коллоидный раствор; так получают, например, золь иодида серебра (см. 18.6.1).

Процесс гидролиза различных солей может приводить к образованию коллоидных растворов нерастворимых гидроксидов или кислот; так получают, например, золь гидроксида железа (III), имеющий следующее строение:

Молекулярно-кинетические свойства дисперсных систем (броуновское движение и диффузия)

Для раздробленных частиц характерно броуновское движение. Оно тем интенсивнее, чем меньше диаметр частиц и меньше вязкость среды. При диаметре частиц, равном 3—4 мкм, броуновское движение выражается в виде их дрожания или легкого колебания около некоторого центра; у более мелких частиц оно усиливается и, наконец, у ультрамикроскопических частиц переходит в зигзагообразное перемещение (частицы постоянно перемещаются, резко изменяя свое направление). Одно из свойств броуновского движения — его полная независимость от времени, так как оно является следствием теплового движения молекул. Молекулярно-кинетическая теория показывает, что в одну секунду коллоидная частица может изменять направление 10²⁽⁾ раз. Броуновское движение имеет ту же природу (молекулярно-кинетическую), что и диффузия. Диффузия — самопроизвольно протекающий в системе процесс выравнивания концентраций молекул, ионов и коллоидных частиц под влиянием их теплового хаотического движения. Диффузия — макроскопическое проявление (броуновское движение — микроскопическое) теплового движения молекул; эти процессы идут тем быстрее, чем выше температура. Диффузия необратима; она протекает до полного выравнивания концентраций, так как хаотическое распределение частиц отвечает максимальной энтропии системы.