ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Электрический двойной слой и устойчивость коллоидов из "Химический анализ" Если на поверхности твердого вещества адсорбированы ионы, входящие в состав решетки, или другие потенциалопределяющие ионы, то можно считать, что они стали составной частью твердого вещества и сообщили ему свой заряд. [c.179] Эквивалентное количество противоположно заряженных ионов (противоионов), находящихся в растворе, удерживается у заряженной поверхности в силу электрического притяжения. Противоионы и адсорбированные ионы решетки образуют электрический двойной слой. Противоионы не могут приблизиться к поверхности меньше, чем на определенное предельное расстояние (внутренняя плоскость Гельмгольца [90]), которое зависит от радиуса ионов. [c.179] Предложен ряд гипотез [91—93], объясняющих поведение коллоидов одна простая и логичная концепция схематически представлена на рис. 8-7. [c.179] Гуи [92] и Чепмен [93] независимо друг от друга предложили теорию диффузного двойного слоя, учитывающую действие теплового движения. Эта теория в принципе аналогична расчету ионной атмосферы по теории Дебая — Хюккеля, появившейся на 10 лет позднее. В сущности, величина 1/к, обозначающая в теории Дебая— Хюккеля радиус ионной атмосферы (разд. 2-3), в теории Гуи — Чепмена является мерой толщины двойного слоя [92, 93]. Протяженность диффузного слоя ионов находится в обратной зависимости (приближенно) от квадратного корня из концентрации данного электролита. Если противоионы имеют большой заряд, то двойной слой сжат значительно сильнее, чем в присутствии противоионов малого заряда, так как электрическое притяжение возрастает пропорционально квадрату заряда иона. [c.180] Если электрическое поле приложено к раствору, содержащему заряженные коллоидные частицы, то скорость движения этих частиц пропорциональна не значениям Ч о или Ч в, а меньшей, измеримой величине, называемой электрокинетическим потенциалом, или дзета-потенциалом (см. рис. 8-7). Вблизи поверхности частицы находятся строго ориентированный [94] слой воды толщиной в несколько молекул, или слой молекул растворителя, который при движении частицы ведет себя, как будто он является частью твердой фазы. Внешняя граница прочно связанного с частицей слоя воды называется плоскостью скольжения, а дзета-потенциал — это потенциал между плоскостью скольжения и всей остальной массой раствора . При определенном значении потенциала поверхности двойной слой может быть сжат сильнее путем повышения концентрации электролита. Увеличению степени сжатия двойного слоя особенно способствуют противоионы высокого заряда. [c.180] На рис. 8-8 схематически показано, что дзета-потенциал уменьшается с уменьшением заряда поверхности, с увеличением концентрации электролита и с повышением заряда противоиона. [c.181] В некоторых случаях можно изменить знак дзета-потенциала. Сильно адсорбирующиеся вещества, например красители с зарядом, противоположным заряду твердого вещества, часто вызывают изменение знака заряда дзета-потенциала. Это происходит в случае, если вещество с противоположным зарядом адсорбируется в количестве, превышающем эквивалентное. Таким образом, образуется тройной заряженный слой, и диффузный слой противоионов имеет тот же заряд, что и исходная поверхность. [c.181] Коагуляция лиофобных коллоидов. Вторичная устойчивость. Фервей [95] совершенно правильно подчеркнул различие между первичной устойчивостью коллоидов, связанной с зарядом поверхности, и вторичной устойчивостью, обусловленной эффективным отталкиванием коллоидных частиц. Первичная устойчивость определяется общим потенциалом твердого вещества, тогда как вторичная устойчивость — в основном электрокинетическим потенциалом. Для существования устойчивого золя необходимым условием является не только наличие первичного заряда на поверхности твердой фазы, но и диффузного двойного слоя достаточно большой толщины по сравнению с толщиной плоскости скольжения. Если большинство противоионов находится на расстоянии меньшем, чем расстояние до плоскости скольжения, тогда две коллоидные частицы при малом отталкивании могут приблизиться друг к другу на расстояние, достаточное для коалесценции их водных оболочек, и тогда происходит коагуляция. [c.181] Влияние различных электролитов обычно сравнивают, пользуясь значением порога , которая обозначает минимальную концентрацию в миллимолях на 1 л, вызывающую коагуляцию. Порог коагуляции для неспецифичных электролитов можно интерпретировать через электростатическое отталкивание и ван-дер-ваальсо-вое притяжение частиц. Силы ван-дер-ваальсового притяжения изменяются в зависимости от размера и формы частиц, но, в общем, эти силы между коллоидными частицами действуют на расстояниях порядка собственных размеров этих частиц [98]. [c.182] Чтобы произошла флоккуляция, нет необходимости снижать дзета-потенциал до нуля, достаточно понизить его до некоторой небольшой критической величины. [c.182] Для определения защитного действия используется понятие золотого числа, обозначающего минимальное число миллиграммов гидрофильного коллоида, необходимое для предотвращения флоккуляции 10 мл золя золота при добавлении 1 мл 10%-ного раствора хлорида натрия. Золотое число желатина равно 0,01, тогда как золотое число декстрина — 20. [c.182] При фильтровании и промывании водой осадка, находящегося в виде коагулированного коллоида, часто возникают трудности практического порядка. При промывании концентрация ионов в двойном слое уменьшается, и коагулированные частицы могут снова приобрести достаточный дзета-потенциал для взаимного отталкивания, осадок вновь диспергируется (пептизируется). Для предотвращения репептизации чаще всего пользуются простым средством — промывают осадок разбавленным раствором электролита (например, азотной кислоты или нитрата аммония), который прн прокаливании улетучивается. Пептизация не всегда имеет место. Прежде всего рекристаллизация первичных частиц (см. разд. 8-4) способствует уменьшению и совершенствованию поверхности, что сопровождается высвобождением адсорбированных потенциалоопределяющих ионов. Кроме того, происходит рост крупных частиц за счет мелких или при частичной рекристаллизации может происходить слипание коллоидных частиц. [c.183] Вернуться к основной статье