Устойчивость коллоидных растворов
Как и молекулы истинных растворов, коллоидные частицы золей находятся в состоянии непрерывного беспорядочного движения (броуновское движение). Хотя интенсивность этого движения быстро уменьшается с увеличением размеров частиц, но в случае коллоидных растворов она еще достаточно велика, чтобы противодействовать силе тяжести и не дать возможности коллоидным частицам оседать на дно, как это происходит в более грубых суспензиях. Казалось бы, что именно вследствие движения коллоидные частицы должны постоянно сталкиваться друг с другом и слипаться в более крупные агрегаты, что неизбежно привело бы к осаждению частиц и разрушению золя. Между тем коллоидные системы довольно устойчивы и во многих случаях могут сохраняться годами, не подвергаясь видимым изменениям. Очевидно в них действуют какие-то силы, препятствующие укрупнению частиц и разрушению золей. Такими силами являются электрические заряды коллоидных частиц.
Если в коллоидный раствор опустить два электрода, соединенные с полюсами источника тока достаточно высокого напряжения, то коллоидные частицы начинают медленно передвигаться к аноду или к катоду. Это явление, открытое еще в 1809 г. профессором Московского университета Ф. Ф. Рейссом, носит название электрофореза, т. е. электрического переноса частиц. Передвижение коллоидных частиц под действием тока свидетельствует о том, что они несут определенные электрические заряды. Положительно заряженными оказываются частицы гидратов окисей металлов, многих органических красок, гемоглобина и др.; отрицательно заряжены частицы металлов, серы, сульфидов, гуммиарабика.
Происхождение этих зарядов, объясняется адсорбцией коллоидными частицами находящихся в растворе ионов. В большинстве случаев образование коллоидных частиц происходит в среде, содержащей какой-нибудь электролит, и если частицы обладают способностью адсорбировать по преимуществу или даже исключительно ионы одного типа, т. е. или катионы, или анионы, то вместе с тем они приобретают и заряды ионов. Так, например, коллоидные частицы сульфида мышьяка, образующиеся при действии сероводорода на раствор H3AsО3, адсорбируя из раствора ионы HS’, превращаются в огромные отрицательно заряженные анионы, состав которых можно изобразить следующей условной формулой:
{[As2S3]mхHS’}
Понятно, что заряженные коллоидные частицы могут существовать в растворе только при условии одновременного присутствия противоположно заряженных ионов, называемых противоионами. В данном случае противоионами являются ионы водорода.
Система, состоящая из заряженной коллоидной частицы и уравновешивающих ее ионов, получила название мицеллы. Структура ее показана на рис. 120.
Мицелла сульфида мышьяка может быть представлена так:
{[As2S3]mхHS’} + хH’
При пропускании тока отрицательно заряженные ионы мицелл направляются к аноду, где и выделяются постепенно в виде желтого сульфида мышьяка. Тщательные анализы всегда обнаруживают в нем присутствие некоторого избытка серы против того количества, которое отвечает формуле AS2S3. В то же время у катода можно констатировать выделение водорода.
Подобно частицам сернистого мышьяка заряжаются коллоидные частицы и в других растворах. Например, раствор золота, полученный распылением металлического золота в воде, содержит коллоидные анионы {[Аn]n • xOН’}, образующиеся вследствие адсорбции гидроксильных ионов воды; коллоидный раствор гидрата окиси железа, полученный путем гидролиза хлорного железа, содержит коллоидные катионы {[Fe(OH)3]m • xFeO} или {[Fe(OH)3]m•xFe•••} и т. д.
Способностью коллоидных частиц адсорбировать ионы объясняется устойчивость коллоидных растворов. Адсорбированные ионы сообщают частицам электрические заряды одного и того же знака, которые препятствуют сближению частиц и слиянию их в более крупные агрегаты. Кроме того, заряженные коллоидные частицы и противоионы могут быть сильно сольватированы в растворе, что также препятствует тесному соприкосновению и слипанию коллоидных частиц.
Механизм образования коллридных растворов при химических реакциях можно представить себе следующим образом.
Получающиеся в результате реакции молекулы нерастворимого вещества, например Fe(OH)3, тотчас же начинают слипаться друг с другом, образуя все более и более крупные частицы. Обыкновенно укрупнение происходит очень быстро (практически почти мгновенно) и приводит к образованию осадка. Но при подходящих условиях частицы на определенной стадии роста начинают адсорбировать находящиеся в растворе ионы, благодаря чему приобретают тот или иной заряд. Появление заряда на частицах препятствует их дальнейшему росту или, во всяком случае, сильно замедляет его, и частицы остаются в жидкости, образуя коллоидный раствор.
Вы читаете, статья на тему Устойчивость коллоидных растворов