Перезарядка золя. 
Явление «неправильных рядов» коагуляции

В процессе коагуляции при сверхэквивалентном содержании многозарядного иона-коагулятора (при превышении суммарного заряда «новых» противоионов значения заряда ядра коллоидной частицы) может произойти перезарядка коллоидной частицы (перезарядка золя).

Так, при добавлении к золю строения {wAgl • п~ • (п — х) К⁺}^л_ • хК⁺ раствора, содержащего двухили трехзарядный катион (Zn²⁺, Mg²⁺, Al³⁺), в результате ионного обмена в адсорбционном слое ионов Zn²⁺ (или Mg²⁺, А1³⁺) может оказаться так много, что они не только полностью скомпенсируют отрицательный заряд потенциалопределяющих ионов (изоэлектрическое состояние), но и окажутся в избытке, придавая коллоидной частице положительный заряд (рис. 4.11).

Рис. 4.11. Ионный обмен между ионами ДЭС.

Если представить, что все ионы К⁺ плотного слоя заместились ионами Zn²⁺, то строение гипотетической частицы можно выразить следующим образом:

Как очевидно, заряд коллоидной частицы изменился на противоположный по знаку. Если заряд новых частиц будет достаточно высок, то они начнут отталкиваться друг от друга и произойдет пептизация — «растворение» осадка до состояния золя.

При постепенном добавлении к золю электролита, содержащего трехили четырехвалентные ионы-коагуляторы, можно наблюдать чередование состояния устойчивого золя, затем коагуляции, затем перехода системы вновь в состояние устойчивого золя и вновь коагуляции. Это чередование называют явлением «неправильных рядов» коагуляции.

Интерактивный компонент

Используя полученные знания о строении коллоидной частицы и коагуляции золей электролитами, объясните явление «неправильных рядов» коагуляции.

Рассмотрим явление на примере золя строением {wAgl • п • (п — л) К⁺}^г'~ • дК⁺, в качестве коагулятора выберем раствор хлорида алюминия. Коагулирующее действие оказывает ион А1³⁺.

По мере увеличения концентрации А1С1₃ сначала золь устойчив; его^{-потенциал} еще достаточно велик для обеспечения отталкивания между частицами. С увеличением концентрации ионов А1³⁺ он постепенно снижается, достигая критического значения Скрит* происходит коагуляция золя (рис. 4.12, точка Л, порог коагуляции С_{). Внешне это проявится в помутнении раствора или выпадении осадка.

Рис. 4.12. «Неправильные ряды» коагуляции. Изменение^{-потенциала} и чередование зон устойчивости и неустойчивости при введении в золь электролита, содержащего многовалентные противоионы.

Зоны неустойчивости затемнены При дальнейшем прибавлении электролита^{-потенциал} снижается до нуля (изоэлектрическое состояние), затем^{-потенциал} меняет знак на противоположный (происходит перезарядка золя). При концентрации С₂^{-потенциал} вновь превышает критической значение, но теперь он обратен по знаку^{-потенциалу} исходного золя, наблюдается «растворение» осадка, т. е. переход осадка в устойчивый золь с частицами противоположного заряда (точка В на рис. 4.12).

В перезаряженном золе положительный заряд частиц и их^{-потенциал} некоторое время возрастают, а затем начинают снижаться. Точка К соответствует максимальному значению^{-потенциала} перезаряженного золя. После точки К происходит его окончательная коагуляция по концентрационному механизму.

Концентрация С₃ отвечает порогу коагуляции перезаряженного золя, а точка D — соответствующему критическому значению ^-потенциала.

Взаимная коагуляция (гетерокоагуляция) происходит не только при действии электролитов на золь, но и при смешивании золей с разноименно заряженными коллоидными частицами. Гетерокоагуляция — взаимодействие частиц, различных по заряду и величине. Наиболее полно она происходит, когда заряды частиц равны между собой.

Вопросы практики

Явление гетерокоагуляции широко используется в процессах очистки воды. Сточные воды, как правило, содержат примеси отрицательно заряженных почвенных частиц и микрофлоры. К очищаемым стокам добавляют соли алюминия или железа (Ш), которые в результате гидролиза дают малорастворимые гидроксиды А1(ОН)₃ или Fe (OH)₃, образующие положительно заряженные коллоидные частицы. В результате происходит взаимная коагуляция, сопровождающаяся образованием хлопьев и выпадением осадка.

В фармации многие препараты являются комбинированными системами, и при нарушении последовательности приготовления, например, сложных микстур, вещества могут коагулировать.^[1][2]

поэтому коагулирующая способность иона Cs⁺ больше, чем иона Li⁺, значит, CsN0₃ — более эффективный коагулятор, чем LiCl. При равных молярных концентрациях в растворе Cs₂S0₄ концентрация ионов Cs⁺ выше, чем в растворе CsN0₃, значит, Cs₂S0₄ — более эффективный коагулятор, чем CsN0₃. Таким образом, эффективность электролитов как коагуляторов уменьшается в ряду ZnS0₄ — Cs₂S0₄ — CsN0₃ — LiCl.

Резюме

Коагулирующим действием обладают ионы, противоположные по заряду ядру коллоидной частицы. Коагулирующая способность иона тем больше, чем больше его заряд и меньше размер.

• [1] Резюме Перезарядка золя — изменение знака заряда коллоидной частицы на противоположный под действием электролита, содержащего многозарядныйион-коагулятор. 4.4.6. Выбор наиболее эффективного электролитадля коагуляции При выборе наиболее эффективного электролита для коагуляции золянадо руководствоваться следующими соображениями.
• [2] Следует определить, какой из ионов — анион или катион — будеткоагулятором для данного золя. 2. Наиболее сильным коагулирующим действием обладают многозарядные ионы. Ион SO^~ — более сильный коагулятор-анион, чем СК 3. Увеличение концентрации иона приводит к увеличению коагулирующего воздействия. Так, при равных молярных концентрациях солейNa2S04 и NaCl более эффективным коагулятором за счет иона натриябудет Na2S ()4. 4. При сопоставлении коагулирующего действия ионов одинаковогозаряда (Li+ и К+) необходимо обратить внимание на радиус гидратированного иона (лиотропные ряды ионов); большим коагулирующим действиемобладает гидратированный ион с меньшим радиусом (К+). 5. Следует обратить внимание на возможность образования малодис-социированных соединений при растворении электролита: ацетат-ионв составе раствора ацетата натрия обладает очень слабым коагулирующимдействием. Пример 4.2. Из электролитов LiCI, CsN03, Cs2S04, ZnS04 выберем наиболее эффективный для коагуляции золя строением {mAgl • п~ • (п — х) К+}л_ • хК+. Коагулирующим действием обладают катионы, поэтому сравниваем Li+, Cs+, Zn2+. Наибольший заряд у иона Zn2+, значит, ZnS04 — самый эффективный коагулятор из предложенных. Гидратированные ионы Cs+ по размеру меньше Li+,