Конденсаційні методи одержання ліозолей - студопедія
У порівнянні з дисперсійними методи конденсації більш численні, різноманітні і знаходять широке застосування. Це пояснюється тим, що при конденсації відбувається зменшення питомої поверхні і вільної енергії системи.
Зазвичай вважається, що освіта колоїдних систем в результаті конденсації є процесом кристалізації і утворилися частинки - це дрібні кристалики. Утворення кристалів проходить в дві стадії:
1 - виникнення зародків (центрів кристалізації) в пересичені розчині, причому пересичення може бути викликано хімічною реакцією з отриманням малорозчинних речовин, зменшенням розчинності сполуки при заміні кращого розчинника гіршим, охолодженням розчину і ін .;
2 - зростання зародків, що призводить до утворення досить великих кристалів.
При отриманні колоїдної системи швидкість утворення зародків повинна бути велика, а швидкість кристалізації мала, так як лише в цьому випадку утворюється безліч кристалів, кожен з яких відповідає колоїдним розмірами. Якщо ж швидкість утворення зародків мала, а швидкість росту кристалів велика, то все виділилося речовина відкладеться на невеликому числі зародків і в результаті утворюється порівняно невелика кількість великих кристалів. У першому випадку утворюються порівняно монодисперсні золі, а в другому - полідисперсні.
Істотне значення при отриманні колоїдних систем має концентрація реагуючих речовин. При малих концентраціях виходять золі, при великих - опади, а при дуже великих концентраціях - гелі.
Оскільки в основі конденсаційних методів отримання колоїдних систем лежить процес утворення частинок з речовин, що знаходяться в молекулярному або іонному стані, необхідно створити пересичений розчин. Цього можна домогтися за певних фізичних і хімічних умовах.
Фізична конденсація. 1) пряма конденсація з парів шляхом їх охолодження; 2) заміна розчинника.
Найбільш наочний приклад конденсації з пари - утворення туману (диму). При зміні параметрів системи, зокрема, при зниженні температури, тиск пара може стати вище його рівноважного тиску над рідиною (або твердим тілом) і в газовій фазі утворюються великі агрегати молекул у вигляді крапельок рідини (туман) або твердих частинок (дим). Таким шляхом отримують маскувальний дим при охолодженні парів P2 O5. ZnO.
У методі заміни розчинника змінюють складу середовища, при цьому хімічний потенціал компонента в дисперсійному середовищі стає вища рівноважного, що призводить до утворення нової фази. Зміна складу середовища досягається тим, що до істинного розчину певної речовини додають у великому обсязі іншу рідину, що є для цього речовини поганим розчинником, але добре змішуються з вихідним розчинником. Наприклад, якщо до вихідного розчину сірки в етиловому спирті додати багато води, то молекули сірки будуть з'єднуватися в частинки дисперсної фази золю сірки, так як сірка погано розчиняється в водно-спиртової суміші. Освітою золів пояснюється помутніння одеколону і духів при попаданні в них води.
Хімічні методи конденсації. Колоїдні системи можна отримати в результаті реакцій майже всіх типів: окислення, відновлення, обміну, гідролізу, розкладання і ін. Про процес коллоідообразованія можна судити по фарбуванню, електропровідності і іншим фізико-хімічними властивостями растворов. Слід, однак, знати, що колоїдні системи при проведенні реакцій утворюються не завжди, а лише при певних концентраціях вихідних речовин, порядку їх змішання, температурі і дотриманні деяких інших умов.
Розроблений Зігмонді синтез гідролізу золота шляхом відновлення Аурат калію формальдегідом ілюструє приклад отримання колоїдної системи реакцією відновлення. Вихідною речовиною служить кислота H [AuCl4] 4H2 O, з якої при взаємодії з карбонатом калію у водному розчині утворюється аурат калію:
Отриманий розчин нагрівають і по краплях додають слабкий розчин формальдегіду. Протікає реакція відновлення:
Виходить червоний золь золота. Стабілізатором золю служить аурат калію.
Прикладом отримання золю шляхом окисної реакції є окислення сірководню та селеноводорода у водному середовищі:
Прикладом застосування реакцій розкладання може служити отримання золю сірки розкладанням тиосульфатов і полісульфідів:
Золі можна отримати і в результаті хімічної реакції подвійного обміну, наприклад отримання золю хлориду срібла:
При надлишку нітрату срібла міцела має будову:
При надлишку хлориду натрію міцела має будову:
Ще одним прикладом отримання золів реакцією подвійного обміну є отримання золю сульфіду миш'яку пропусканням через розбавлений водний розчин оксиду миш'яка сірководню:
Міцела має будову:
Гидрозолей As2 S3 дуже стійкий, за швидкістю осідання його частинок спостерігали (Думанський) протягом більше чотирьох років.
Нарешті, прикладом отримання колоїдної системи шляхом реакцій гідролізу є синтез золів гідроксидів важких металів нагріванням або діалізом розчинів їх з'єднань.
Стабілізатором може бути FeOCl - продукт неповного гідролізу хлориду заліза, сам хлорид заліза або FeCl. Таким чином, міцела золю Fe (OH) 3 відповідно до того, що є стабілізатором, може бути виражена формулами:
Всі перераховані випадки отримання колоїдних систем методом конденсації можна об'єднати в три наступних способу:
1) конденсація молекул випаровується речовини в більші частки;
2) зміна середовища таким чином, щоб речовина з розчинної стало нерозчинним або малорозчинні;
3) проведення в розчині хімічних реакцій, що супроводжуються утворенням важкорозчинних речовин.
Необхідними умовами, які завжди повинні дотримуватися при конденсації, є наступні:
1) дуже мала розчинність речовини, що утворює дисперсну фазу в дисперсійному середовищі;
2) отримання такої міри дисперсності, яка б забезпечила системі кінетичну стійкість, тобто щоб конденсація зупинилася на колоїдної ступеня дисперсності;
3) наявність між частинками і середовищем взаємодії, що перешкоджає зв'язуванню часток один з одним (стабілізація отриманих частинок).