Коллоидные растворы (золи). Механизм образования мицеллы при взаимодействии электролитов в водной среде. Строение мицеллы. Устойчивость и коагуляция золей.

Дисперсная фаза коллоидных растворов представлена коллоидными частицами –мицеллами. Основным условием образования коллоидного раствора является практически полная нерастворимость дисперсной фазы в дисперсионной среде. В основе получения золей лежат различные реакции, приводящие к образованию нерастворимых или малорастворимых веществ – реакции ионного обмена, реакции гидролиза, окислительно-восстановительные реакции.

Основную часть мицеллы составляет агрегат, состоящий из большого числа атомов или молекул нерастворимого вещества, имеющего кристаллическое или аморфное строение. На поверхности агрегата адсорбируются ионы стабилизатора (ионы, образующие наиболее прочные связи с ионами агрегата), которые определяют заряд агрегата – потенциалопределяющие ионы. Эта часть мицеллы называется ядром. Вокруг ядра формируется слой ионов с противоположным знаком заряда – адсорбционный слой противоионов. Вместе с ядром они составляют коллоидную частицу. Остальные противоионы образуют диффузный слой мицеллы.

Если количества растворов эквивалентны, то в результате взаимодействия образуется крупные частицы AgI, выпадающие в осадок. Если же реакцию проводят с разбавленными растворами, при небольшом избытке одного из реагентов, то осадок не выпадает, а образуется коллоидный раствор йодида серебра.

Вещество агрегата, имеющего кристаллическую или аморфную структуру, нерастворимого в дисперсионной среде, составляет основную массу мицеллы и построено из нейтральных молекул или атомов. В данном примере агрегат представлен кристалликом йодида серебра состоящего из m числа молекул [AgI]m.

Предположим в избытке нитрат серебра. Следовательно, все йодид-ионы связываются и удаляются из раствора в виде осадка йодида серебра. В растворе остаются только ионы NO3–, Ag+ и K+. Из оставшихся ионов наиболее прочные связи с агрегатом могут образовывать ионы серебра Ag+, так как они достраивают решетку кристаллического йодида серебра (эта закономерность получила название правила Панета-Фаянса) и образуют ковалентные связи с агрегатом.

В общем случае ионами, адсорбирующимися на агрегате, могут быть не только ионы, входящие в состав соединения, но и другие, близкие к ним по свойствам и размерам (изоморфны). Например, ионам Са2+ изоморфны ионы Mg2+ и Sr2+, ионам Cl– – ионы Br– и I–. Ионы NO3– и Na+ могут образовывать только ионные связи с агрегатом (за счет электростатического притяжения).

Связываясь с агрегатом, ионы серебра придают ему положительный заряд (величина его равна произведению значения заряда на число ионов), т.е. являются потенциалопределяющими. Образуется ядро мицеллы – [AgI]mnAg+.

К положительно заряженному ядру из раствора притягиваются противоположно заряженные ионы, в данном случае это ионы NO3–, которые формируют адсорбционный слой противоионов. При этом образуется гранула или частица, заряд которой соответствует заряду потенциалопределяющих ионов, так как они преобладают в растворе – {[AgI]mnAg+(n-x) NO3–}x+.

Оставшаяся часть противоинов образует диффузный (размытый) слой. Ионы диффузного слоя связаны слабее, вследствие экранирования ядра адсорбционным слоем противоионов. Образуется мицелла – {[AgI]mnAg+(n-x) NO3–}x+xNO3–.

Если в избытке будет не нитрат серебра, а йодид калия, тогда формула мицеллы запишется так: {[AgI]mnI–(n-x)K+}x– xK+. Таким образом, заряд коллоидных частиц зависит от условий получения коллоидного раствора.

То вещество, которое находится в избытке и обуславливает заряд коллоидной частицы, называется стабилизатор. Наличие заряда у коллодиных частиц определяет их устойчивость. Заряд препятствует слипанию и укрупнению коллоидных частиц, т.е. их коагуляции.

Таким образом, мицелла – электрически нейтральная коллоидная частица способная к самостоятельному существованию. При пропускании электрического тока через коллоидные растворы, заряженные коллоидные частицы перемещаются к соответствующим электродам. На этом свойстве коллоидных растворов основан метод электрофореза – разделение смеси (например, белков) под действием электрического тока.

Коагуляция (от лат. coagulatio — свертывание, сгущение), также старение — объединение мелких частиц дисперсных систем в более крупные под влиянием сил сцепления с образованием коагуляционных структур.