Доклад. Коллоидные растворы. Коллоидные растворы

• Название: Коллоидные растворы
• Анкор: Доклад
• Дата: 19.12.2019
• Размер: 35.48 Kb.
• Имя файла: Коллоидные растворы.docx
• Тип: Документы; #101130

Коллоидные растворы - это высокодисперсные двухфазные системы, состоящие из дисперсионной среды и дисперсной фазы, причем линейные размеры частиц последней лежат в пределах от 1 до 100 нм. Как видно, коллоидные растворы по размерам частиц являются промежуточными между истинными растворами и суспензиями и эмульсиями. Коллоидные частицы обычно состоят из большого числа молекул или ионов.

Коллоидные растворы иначе называют золями. Их получают дисперсионными и кондесационными методами. Диспергирование чаще всего производят при помощи особых «коллоидных мельниц» . При конденсационном методе коллоидные частицы образуются за счет объединения атомов или молекул в агрегаты. При протекании многих химических реакций происходит конденсация и образуются высокодисперсные системы (выпадение осадков, протекание гидролиза, окислительно-восстановительные реакции и т. д.) .

Методы получения коллоидных систем

Поскольку коллоидные системы по размеру частиц занимают промежуточное положение между грубодисперсными системами и истинными растворами, то методы их получения можно разделить на две группы: диспергационные и конденсационные.

Диспергационные методы основаны на измельчении дисперсной фазы. Диспергирование с образованием лиофильных коллоидных систем происходит самопроизвольно за счет теплового движения. Образование лиофобных коллоидных систем требует затрат энергии. Для достижения требуемой степени дисперсности применяют:

• 
  механическое дробление с помощью шаровых или коллоидных мельниц;
  
• 
  измельчение с помощью ультразвука;
  
• 
  электрическое диспергирование (для получения золей металлов);
  
• 
  химическое диспергирование (пептизацию).
  

Диспергирование, как правило, проводят в присутствии стабилизатора. Это может быть избыток одного из реагентов, ПАВ, белки, полисахариды.

Конденсационные методы состоят во взаимодействии молекул истинных раствор с образованием частиц коллоидных размеров, что может быть достигнуто как физическими, так и химическими методами.

Физическим методом является метод замены растворителя (напрмер, к истинному раствору канифоли в спирте добавляют воду, затем спирт удаляют).

Химическая конденсация состоит в получении коллоидных растворов путем химических реакций с образованием труднорастворимых соединений:

AgNO₃ + KI = AgI_(т) + KNO₃

2HАuCl₄ + 3H₂O = 2Au_(т) + 8HCl + 3O₂

Исходные растворы должны быть разбавленными и содержать избыток одного из реагентов.

Методы очистки коллоидных растворов

При любом способе получения коллоидные растворы оказываются загрязненными примесями истинно раство­ренных веществ (примеси в исходных материалах, избы­ток стабилизаторов, продукты химической конденсации). Примеси электролитов сильно понижают устойчивость золей. Поэтому после получения их очищают. Очистка производится методами диализа, электродиализа, ультрафильтрации. Указанные методы основаны на применении по­лупроницаемых мембран, легко пропускающих молекулы и ионы и задерживающих коллоидные частицы.

1. 
   Диализ
   

Диализ был разработан Грэмом в 1861 г. Колло­идный раствор, подлежащий очистке, наливают в сосуд, который отделен полупроницаемой мембраной от другого сосуда с чистой дисперсионной средой. В качестве полу­проницаемой (т. е. проницаемой для молекул и ионов, но непроницаемой для частиц дисперсной фазы) мембраны применяют пергамент, целлофан, коллодий, керамиче­ские фильтры и другие тонкопористые материалы. В ре­зультате диффузии низкомолекулярные примеси перехо­дят во внешний раствор.

В настоящее время существует много усовершенство­ванных конструкций диализаторов, обеспечивающих бо­лее быстрый процесс очистки. Интенсификация диализа достигается:

• 
  увеличением поверхности мембран;
  
• 
  уменьшением слоя очищаемой жидкости;
  
• 
  частотой или непрерывной сменой внешней жидкости;
  
• 
  повышением температуры (ускорение диффузии).
  

2. 
   Электродиализ
   

Электродиализ обусловлен миграцией ионов через мембрану под действием приложенной разности потенциалов порядка 40 В/см. Предложено много конструкций электродиализаторов. Схема относительно простого электродиализатора, применявшегося Паули, приведена на рис.



Рис. Схема электродиализатора

Диализатор состоит из трех стеклянных камер, разде­ленных полупроницаемыми перегородками. В боковых камерах установлены электроды, на которые от внешнего источника постоянного тока подается разность потенциа­лов. В боковых камерах находится дистиллированная вода, которая непрерывно сменяется. Очищаемый золь, нахо­дящийся в средней камере, перемешивается мешалкой.

3. 
   Ультрафильтрация
   

Ультрафильтрацией называется диализ, проводимый под давлением во внутренней камере. По существу, ульт­рафильтрация является не методом очистки золей, а лишь методом их концентрирования.

Применяя для ультрафильтров мембраны с определенной пористостью, можно в известной мере разделить по размерам коллоидные частицы и одновременно прибли­женно определить их размеры. Этим способом были опре­делены размеры частиц ряда вирусов и бактериофагов.

4. 
   Обратный осмос
   

При фильтрации растворов под давлением через мембраны с еще более тонкими порами, например, ацетатцеллюлозные (см), происходит задержка не только дисперсных частиц, но и молекул и ионов в растворах электролитов. Этот процесс, называемыйгиперфильтрацией или обратным осмосом, широко применяется в настоящее время для очистки природных и технических вод.

Принцип обратного осмоса представлен на рис.



Рис. Обратный осмос

В цилиндре (1) под поршнем (2) находится очищаемый раствор, который с помощью полупроницаемой мембраны (3) отделен от чистой воды (4). При отсутствии внешнего давления происходил бы обычный осмос – чистая вода проникала бы через мембрану в неочищенный раствор. Если внешнее давление на поршень больше осмотического, происходит обратный осмос – переход воды из очищаемого раствора в чистую воду. Растворенные примеси концентрируются в пространстве S.