Будова колоїдних частинок. Коагуляція, механізм коагуляції. Дайте визначення коагуляції, порога коагуляції та коагулюючої здатності електроліту. Значення процесів коагуляції для життєдіяльності організму.
Коагуляційні процеси часто відбуваються в природі, наприклад, у місцях впадання річок у моря. У річковій воді завжди містяться колоїдні частинки мулу, глини, піску або ґрунту.
При змішуванні річкової води з морської солоної (що містить більшу кількість електролітів) починається коагуляція цих частинок, а зменшення швидкості течії води сприяє осідання їх у гирлі річок, в результаті чого утворюються мілини і острови.
Коагуляцію широко використовують для очищення води, що надходить у водопровідну мережу. Для цього до неї додають сульфати алюмінію та заліза(III), які, будучи хорошими коагулянтами, крім того, гідролізуються з утворенням золів гідроксидів металів. Частинки цих золів мають заряд, протилежний знаку заряду гранул, присутніх у воді. В результаті відбувається взаємна коагуляція золів та їх осадження.
Колоїдні розчини містяться у стічних водах багатьох виробництв: наприклад, стійкі емульсії нафтопродуктів, різних інших органічних рідин. Їх руйнують обробкою стічних вод солями лужноземельних металів.
У цукровій промисловості коагуляційні процеси використовуються при очищенні соку цукрових буряків. До складу його, крім сахарози та води, входять нецукрові речовини, часто в колоїдно-дисперсному стані. Для їх видалення сік додають Са(ОН) 2 . Його масова частка при цьому зазвичай не перевищує 2,5%. Домішки, що знаходяться в колоїдному стані, коагулюють та осідають. Для видалення надлишку соку Са(ОН) 2 через нього пропускають вуглекислий газ. В результаті утворюється осад СаСО 3 який захоплює за собою з розчину багато розчинні домішки.
Процеси коагуляції грають істотну роль живому організмі, т.к. біологічні рідини містять у своєму складі колоїдно-дисперсні частинки, що знаходяться у дотику до розчинених електролітів. У нормі дані системи зазвичай перебувають у стані рівноваги і коагуляційні процеси у яких протікають. Але цю рівновагу можна легко порушити при внесенні ззовні додаткової кількості електроліту. Причому, вводячи їх у організм, треба враховувати як його концентрацію в біологічної рідини, а й заряд іонів. Так, ізотонічний розчин NaCl не можна замінити ізотонічним розчином MgCl 2 , оскільки в цій солі, на відміну від NaCl, містяться двозарядні іони Mg 2+ , що мають більш високу коагулюючу здатність, ніж іони Na + .
При введенні в кров'яне русло суміші солей слід попередньо переконатися, що ця суміш не має синергічної дії, щоб уникнути шкідливої для організму коагуляції.
Вирішення багатьох проблем у медицині: протезування кровоносних судин, клапанів серця тощо. - Залежить від процесів згортання крові. Їх можна як коагуляцію еритроцитів. У хірургії під час операцій до крові вводять антикоагулянти (гепарин, модифікований декстран, поліглюкін). Після операцій та у разі внутрішніх кровотеч, навпаки, – електроліти, що сприяють перебігу коагуляції: капронову кислоту, протамін-сульфат.
Для діагностики багатьох захворювань у клінічних лабораторіях визначають швидкість осідання еритроцитів (ШОЕ). При різних патологіях з низки причин коагуляція еритроцитів посилюється, і їх осідання стає більшою, проти нормою.
Утворення жовчних, сечових та інших каменів в організмі також пов'язане з посиленням при патологічних станах коагуляції холестерину, білірубіну, солей сечової кислоти внаслідок ослаблення природної захисної дії. Вивчення механізму цих процесів украй важливе для вироблення шляхів лікування цих захворювань.
Кінець роботи -
Ця тема належить розділу:
Загальна хімія
Установа освіти гродненський державний медичний університет.. кафедра загальної та біоорганічної хімії.
Якщо Вам потрібний додатковий матеріал на цю тему, або Ви не знайшли те, що шукали, рекомендуємо скористатися пошуком по нашій базі робіт:
Що робитимемо з отриманим матеріалом:
Якщо цей матеріал виявився корисним для Вас, Ви можете зберегти його на свою сторінку в соціальних мережах:
| Твітнути |
Всі теми цього розділу:
Термодинамічні параметри
Фізичні величини, що характеризують будь-яку властивість системи, називаються термодинамічні параметри. Вони можуть бути мікроскопічними та макроскопічними.
Внутрішня енергія системи
Найважливішою характеристикою термодинамічної системи є величина внутрішньої енергії. Усі термодинамічні системи є сукупністю якогось числа
У найзагальнішому вигляді можна визначити внутрішню енергію системи як суму потенційної та кінетичної енергії всіх складових її частинок
Це визначення не дозволяє, однак, дати однозначну відповідь на питання про те, чому дорівнює енергія конкретної системи, що складається з певної кількості структурних одиниць, наприклад, молекул. на перші
Форма обміну енергії з довкіллям
При протіканні термодинамічних процесів внутрішня енергія може збільшуватися або зменшуватися. У першому випадку кажуть, що система поглинула частину енергії із зовнішнього середовища, у другому з
Ізобарний та ізохорний процеси. Ентальпія. Теплові ефекти хімічних реакцій
Існують такі процеси, під час протікання яких залишаються незмінними лише одне чи кілька параметрів системи, проте інші змінюються. Так, процес, що протікає при постійній
У ізохорних процесах вся теплота, повідомлена системі або виділена нею, визначається зміною внутрішньої енергії системи
U2 – U1 = U, де U1 – внутрішня енергія початкового стану системи; U2 – внутрішня енергія кінцевого стану сист
Ці умови називаються інакше стандартними умовами
Визначені таким чином ентальпії утворення речовин називаються стандартними ентальпіями освіти (DНо298). Вони вимірюються в кДж/моль. Теплоти або ентальпії про
Вплив температури та тиску на тепловий ефект реакції
Використовуючи довідкові дані теплот освіти або згоряння хімічних речовин, можна теоретично розрахувати тепловий ефект реакції, що протікає за стандартних умов. Але як би
Використання закону Гесса у біохімічних дослідженнях
Закон Гесса справедливий як суто хімічних реакцій, а й у складних біохімічних процесів. Так, кількість теплоти, одержуваної при повному окисленні до СО2 та Н2О
Ентропія
На підставі першого початку термодинаміки неможливо встановити, в якому напрямку і до якої межі протікатиме той чи інший процес, пов'язаний з перетворенням енергії. З спостережень
Принцип енергетичного сполучення
Мимовільно протікають за цих умов реакції називаються экзергонічними; реакції, які можуть протікати тільки при постійному впливі ззовні називаються
Хімічна рівновага
Оборотні та незворотні реакції. Константа рівноваги У ході мимовільного процесу енергія Гіббса зменшується до певної величини, приймаючи мінімально можли
Даний вираз називається інакше рівнянням ізотерми хімічної реакції
2) ∆ х.р. = - RTln (з урахуванням того, що в умовах хімічної рівноваги ∆Gх.р. = 0). У цьому випадку Kрівн. де СA,
До твердих розчинів і газових сумішей поняття розчинник і розчинена речовина не застосовують
Рідкі розчини, в яких як розчинник виступає Н2О, називаються водними. Якщо розчинником є якась інша рідина – неводними.
Механізм утворення розчинів
Розчини займають проміжне положення між механічними сумішами речовин і індивідуальними хімічними сполуками, володіючи певними властивостями і тих і інших систем, і водночас
Вплив природи речовин на розчинність
Встановлено дослідним шляхом, що в розчиннику, молекули якого є полярними, найкраще розчиняються речовини, утворені іонними або ковалентними полярними зв'язками. А в розчиннику, молекули кото
Вплив тиску на розчинність речовин
Вплив тиску розчинність твердих і рідких речовин мало позначається, т.к. обсяг системи у своїй змінюється незначно. Тільки при дуже високих тисках зміна розчинності
Вплив електролітів на розчинність речовин
Якщо розчинник містить домішки, то розчинність речовин у ньому зменшується. Особливо сильно це помітно, коли в ролі такого стороннього з'єднання виступає електроліт, а речовин, що розчиняються.
Взаємна розчинність рідин
При змішуванні рідин залежно від їхньої природи, характеру та сили взаємодії між молекулами можливі 3 випадки розчинності: 1) необмежена розчинність; 2) обмежена
На різній розчинності однієї і тієї ж речовини в рідинах, що не змішуються, заснований метод його вилучення з розведеного розчину
За цим методом до вихідного розбавленого розчину додають інший розчинник, що не змішується з розчинником в першому розчині, але добре розчиняє речовина, що видобувається. При цьому з перших
Способи вираження складу розчинів
Склад будь-якого розчину може бути виражений як якісно, і кількісно. Зазвичай при якісній оцінці розчину застосовують такі поняття, як насичений, ненасичені
Термодинамічні аспекти процесу розчинення. Ідеальні розчини
Відповідно до другого початку термодинаміки, в ізобарно-ізотеричних умовах (р, Т = const) речовини можуть мимовільно розчинятися в будь-якому розчиннику, якщо при здійсненні цього процесу
Колігативні властивості розбавлених розчинів
Розчини мають ряд властивостей, які називають інакше колігативними (колективними). Вони обумовлені загальними причинами і визначаються лише концентрацією р
Дифузія та осмос у розчинах
У розчинах частинки розчинника та розчиненої речовини рівномірно розподіляються по всьому об'єму системи внаслідок свого безладного теплового руху. Цей процес називається
Роль осмосу у біологічних процесах
Осмос має велике значення у життєдіяльності людини, тварин та рослинних організмів. Як відомо, всі біологічні тканини складаються з клітин, усередині яких знаходиться рідина (цитоплазма
Розчини замерзають за нижчої температури, ніж чистий розчинник
Розглянемо їх докладніше. Кипіння є фізичним процесом переходу рідини в газоподібний стан або пар, при якому бульбашки газу утворюються по всьому об'єму рідини.
Колігативні властивості розчинів електролітів. Ізотонічний коефіцієнт Вант-Гоффа
Закони Вант-Гоффа і Рауля справедливі ідеальних розчинів, тобто. таких, у яких немає хімічної взаємодії між компонентами розчину, а також не відбувається дисоціація або асоціація годин
Електролітична дисоціація
Електроліти та неелектроліти. Теорія електролітичної дисоціації Усі речовини поділяються на 2 великі групи: електроліти та неелектроліти
Загальна характеристика електролітів
Одні електроліти у розчинах повністю розпадаються на іони. Вони називаються сильними. Інші електроліти лише частково розпадаються іони, тобто. велика ча
Слабкі електроліти
Для слабких електролітів ступінь дисоціації дуже малий (α<<1). Так, для воды при 20оС α ≈ 1 ∙ 10–9. Это означает, что только одна молекула из милли
Сильні електроліти
Згідно з теорією електролітичної дисоціації С. Арреніуса, сильні електроліти в розчинах повинні повністю розпадатися на іони (α = 1). Але експериментально визначені значення ступеня дис
Під активністю іонів мають на увазі ту їхню ефективну (умовну) концентрацію, відповідно до якої вони кількісно проявляють себе в розчині
Активність іона а дорівнює його молярної концентрації, помноженої на коефіцієнт активності γ а = С · γ
дисоціація води. Водневий показник
Чиста вода погано проводить електричний струм, але все ж має вимірну електропровідність, яка пояснюється частковою дисоціацією молекул Н2О на іони водню і гідроксид-іони:
Теорія кислот та основ
Зміст понять «кислота» та «основа» у процесі розвитку хімічної науки суттєво змінювалося, залишаючись одним із основних питань хімії. У 1778 р. французьким ученим Лавуазьє була
Чим менше значення, тим сильнішим є основа
Для кислоти та пов'язаної їй основи в розбавленому водному розчині справедлива рівність: Kw = Ka · Kв де K
Таким чином, будь-яка кислотно-основна буферна система є рівноважною сумішшю, що складається з донора та акцептора протонів.
У такій системі, що містить у своєму складі слабку кислоту, розрізняють загальну, активну та потенційну кислотності: 1) загальна кислотність відповідно
Механізм дії буферних систем
Сутність буферної дії суміші слабкої кислоти з її сіллю можна розглянути на прикладі буферного ацетатного розчину. При додаванні до нього сильної кислоти (наприклад, HCl) відбувається реакція:
Величина буферної ємності залежить від концентрацій компонентів буферної системи та від їх співвідношення
Чим концентрованішим є буферний розчин, тим вище його буферна ємність, т.к. у цьому випадку додавання невеликих кількостей сильної кислоти або лугу не спричинить суттєвої зміни
Буферні системи людського організму
В організмі людини в результаті перебігу різних метаболічних процесів постійно утворюються великі кількості кислих продуктів. Середньодобова норма їхнього виділення відповідає 20-30 літра
Кінетика хімічних реакцій
Вчення про хімічні процеси складається із двох частин: 1) хімічної термодинаміки; 2) хімічна кінетика. Як уже було показано раніше, хіміч
Порядок та молекулярність простих хімічних реакцій
У головному кінетичному рівнянні хімічної реакції аA + bВ + … → u = k · · · … а, b, … – це постійні, не залежні від концентрації речовини числа, зв
До тримолекулярних відносяться прості реакції, в елементарному акті яких стикаються і зазнають зміни три частки
Залежно від природи цих частинок (тобто однакові вони чи різні) кінетичне рівняння такої реакції може мати три різні види: u = k · (усі три вихідні частинки абсолютно однакові
Поняття про складні хімічні реакції
Слід підкреслити, що і прості моно-, і бимолекулярні реакції в самостійному чи чистому вигляді теж зустрічаються нечасто. У більшості випадків вони є складовою частиною так
Тобто, при яких ті самі вихідні речовини, одночасно реагуючи між собою, утворюють різні продукти
Прикладом такого типу реакцій є реакція розкладання бертолетової солі KClO3, здатна протікати за певних умов у двох напрямках
Хімічні методи ґрунтуються на безпосередньому визначенні кількості речовини або її концентрації в реакційній посудині
Найчастіше для цього використовують такі види кількісного аналізу, як титриметрія і гравіметрія. Якщо реакція протікає повільно, то для контролю за витрачанням реагентів
Константа швидкості обчислюється за формулою
k = (–) і вимірюється в л∙с-1∙моль-1, тобто. її чисельне значення залежить від того, в яких одиницях вимірюється концентрація речовин
Вплив температури на швидкість хімічної реакції
Швидкість хімічних реакцій залежить від багатьох факторів, головними з яких є концентрація та природа вихідних речовин, температура реакційної системи та присутність у ній каталізатор
Множник А відображає частку ефективних зіткнень між молекулами вихідних речовин у їх загальному числі
Очевидно, що його значення повинні перебувати в інтервалі від 0 до 1. При А = 1 всі зіткнення виявляються ефективними. При А = 0 хімічна реакція не протікає, незважаючи на зіткнення між моле
Загальні положення та закономірності каталізу
Швидкість хімічної реакції може регулюватися каталізаторами. Ними називають речовини, що змінюють швидкість реакції, але, на відміну від реагентів, не витрачають
Механізм гомогенного та гетерогенного каталізу
Механізм гомогенного каталізу зазвичай пояснюють з допомогою теорії проміжних сполук. Згідно з цією теорією, каталізатор (K) спочатку утворює з однією з вихідних речовин проміжок.
Особливості каталітичної активності ферментів
Ферментами називаються природні каталізатори, що прискорюють перебіг біохімічних реакцій у тварин та рослинних клітинах, а також у клітинах людини. Як правило, вони мають білки
Іншим важливою відмінністю ферментів від каталізаторів небілкової природи є висока специфічність, тобто. вибірковість дії
Розрізняють субстратну та груповуспецифічність. У разі субстратної специфічності ферменти проявляють каталітичну активність
Визначення дисперсних систем
Системи, в яких одна речовина, що знаходиться в диспергованому (подрібненому або роздробленому) стані, рівномірно розподіляється в обсязі другої речовини, називаються дисперсними.
Ступінь дисперсності є величина, що показує, яке число частинок можна впритул укласти на відрізку довжиною в 1 м
Поняття поперечний розмір має чітко виражений зміст для сферичних частинок (а також діаметру цих частинок) і для частинок, що мають форму куба (а також довжині ребра l куба). Для
У колоїдно-дисперсних системах частинки дисперсної фази складаються з безлічі з'єднаних між собою атомів, молекул або іонів
Кількість даних структурних одиниць в одній частинці може коливатися в найширших межах залежно від їх власних розмірів та маси (наприклад, можлива кількість атомів лежить в інт
Для диспергування твердих тіл використовують механічні, ультразвукові, хімічні методи, вибухи.
Ці процеси широко застосовують у народному господарстві: при виробництві цементів, помелу зерна та інших продуктів, подрібнення вугілля в енергетиці, при виготовленні фарб, наповнювачів і т.п. Світів
Диспергування рідин
Для диспергування рідин та отримання дрібних крапель в аерозолях та емульсіях використовують переважно механічні методи: струшування, швидке перемішування, що супроводжується кавітаційними розчинами.
Диспергування газів
Для отримання газових бульбашок в рідині застосовують кілька варіантів диспергування: 1) барботування - проходження газового струменя через рідину
Конденсаційні методи
Ці методи дозволяють отримати дисперсні частинки з будь-якими розмірами, у тому числі і 10-8 - 10-9 м. Тому вони широко застосовуються в нанотехнологіях, колоїдній хімії. Розрізняють
Методи фізичної конденсації
Конденсацією пар різних речовин у газовому середовищі отримують аерозолі. У природних умовах утворюються таким чином туман, хмари. Спільною конденсацією нероство
Методи хімічної конденсації
У цих методах нова фаза утворюється при протіканні гомогенних хімічних реакцій, що призводять до утворення нерозчинних у середовищі речовин. Це можуть бути реакції повстань
Очищення золів
Отримані тим чи іншим способом колоїдні розчини (особливо за допомогою методу хімічної конденсації) практично завжди містять певну кількість низькомолекулярних сполук у вигляді застосування.
Компенсаційний діаліз та вивідіаліз
Для очищення біологічних рідин, що є колоїдними системами, застосовують компенсаційний діаліз, в якому замість чистого розчинника використовують фізіолог.
МОЛЕКУЛЯРНО-кінетичні властивості золів
На початковому етапі розвитку колоїдної хімії стверджувалося, що дисперсним системам, на відміну від істинних розчинів, не притаманні такі молекулярно-кінетичні властивості, як тепловий рух частинок
Броунівський рух
Найважливішим фактором, що впливає на молекулярно-кінетичні властивості золів, є броунівський рух частинок дисперсної фази. Воно названо на честь англійського ботаніка Роберта Броу
Дифузія
Під впливом теплового та броунівського руху відбувається мимовільний процес вирівнювання концентрацій частинок по всьому об'єму колоїдного розчину. Цей процес називається інакше дифузією. Ді
Седиментація у золях
Колоїдні частинки в золі постійно знаходяться під впливом двох протилежно спрямованих сил: сили тяжіння, за рахунок дії якої відбувається поступове осідання речовини, та сил дифузії, під
Осмотичний тиск у золях
Колоїдні розчини, як і справжні, мають осмотичний тиск, хоча у золів воно має набагато меншу величину. Це пояснюється тим, що при одній і тій же ваговій концентрації кол
Ультрамікроскоп
Колоїдні частинки за своїми розмірами менші, ніж довжина напівхвилі видимого світла, і тому їх не можна побачити у звичайний оптичний мікроскоп. У 1903 р. австрійські вчені Р. Зігмонді та Г. З
Розглянемо спершу механізм утворення ДЕС колоїдної частки адсорбційним шляхом
Як приклад візьмемо золь, отриманий за допомогою методу хімічної агрегації в результаті змішування істинних розчинів двох речовин: нітрату срібла та йодиду калію Ag
Електрокінетичні властивості золів
Доказ того, що колоїдні частинки в золях складаються з двох різноіменно заряджених частин, здатних переміщатися одна щодо одної, можна отримати, якщо впливати на дисперсну
Види стійкості золів
Як було показано раніше, гідрофобні колоїдно-дисперсні системи, в порівнянні з істинними розчинами, відрізняються термодинамічною нестійкістю і схильністю до мимовільного зменшення
Теорія коагуляції Дерягіна-Ландау-Фервея-Овербека
При вивченні коагуляції золів виникло багато теорій, за допомогою яких намагалися на якісному та кількісному рівнях пояснити всі закономірності, що спостерігаються. Так, у 1908 р. Г. Фрейндл
Вплив електролітів на стійкість золів. Поріг коагуляції. Правило Шульца-Гарді
Фактором, що викликає коагуляцію, може бути будь-яка зовнішня дія, що порушує агрегатну стійкість системи. Крім зміни температури у його ролі може виступати механічний вплив
Чергування зон коагуляції
При додаванні до колоїдних розчинів електролітів, що містять у своєму складі іони з підвищеною коагулюючою здатністю (великі органічні аніони, три- або чотиривалентні іони металів) м
Коагуляції золів сумішами електролітів
Коагулююча дія суміші електролітів проявляється по-різному, залежно від природи іонів, що викликають коагуляцію. Якщо електроліти в суміші близькі за своїми властивостями (наприклад, NaCl і KCl), то
Швидкість коагуляції
Процес коагуляції кількісно характеризується швидкістю коагуляції. Швидкість коагуляції, подібно до швидкості хімічної реакції, визначається зміною (зменшенням) числа колоїдних частинок в один
Колоїдний захист
Нерідко спостерігають підвищення стійкості ліофобних золів до коагулюючої дії електролітів при додаванні деяких речовин. Такі речовини називають захисними, а їхня стабілізуюча дія на
Розчини високомолекулярних сполук
Крім так званих ліофобних золів (докладно розглянутих нами вище), колоїдна хімія вивчає інші високодисперсні системи – розчини полімерів: білків, полісахаридів, каучуків і т.д. Прич
Частинками дисперсної фази в них є не міцели (як у ліофобних золях), а окремі макромолекули (за своїми розмірами можна порівняти з міцелами)
У зв'язку з цим для розведених розчинів ВМС термін "ліофільний золь" є принципово неправильним. Але зі збільшенням концентрації полімеру або з погіршенням розчинної здатності
Загальна характеристика високомолекулярних сполук
Високомолекулярними сполуками (ВМС) або полімерами називаються складні речовини, молекули яких складаються з великої кількості повторюваних угруповань атомів, що мають однакову будову.
Набухання та розчинення ВМС
Розчинення високомолекулярних сполук є складним процесом, що відрізняється від розчинення низькомолекулярних речовин. Так, при розчиненні останніх відбувається взаємне змішування рослин
Термодинамічні аспекти процесу набухання
Термодинамічно мимовільне набухання або розчинення високомолекулярних сполук завжди супроводжується зменшенням вільної енергії Гіббса (∆G = ∆H – T∆S< 0).
Тиск набухання
Якщо при набуханні зразка полімеру у будь-який спосіб перешкоджати збільшенню його розмірів, то в ньому виникає так званий тиск набухання. Воно еквівалентне зовнішньому тиску
Осмотичний тиск розчинів ВМС
Як будь-які високодисперсні системи, частинки яких схильні до теплового руху, розчини ВМС мають осмотичний тиск. Воно визначається концентрацією полімеру, але практично завжди має
Онкотичний тиск крові
Осмотичний тиск у біологічних рідинах: крові, лімфі, внутрішньо- та міжклітинній рідині – обумовлено не тільки вмістом у них різних низькомолекулярних речовин, але й наявністю розчиненого
В'язкість розчинів полімерів
За в'язкістю розчини високомолекулярних сполук різко відрізняються від розчинів низькомолекулярних речовин та золів. При одній і тій же ваговій концентрації в'язкість полімерних розчинів значно
Вільна та зв'язана вода в розчинах
У розчинах полімерів якась частина розчинника виявляється міцно пов'язаною з макромолекулами внаслідок протікання процесів сольватації та разом із ними бере участь у броунівському русі. Інша
Поліелектроліти
Багато природних і синтетичних полімерів містять у складі елементарних ланок своїх макромолекул різні іоногенні функціональні групи, здатні дисоціювати у водних розчинах.
Чинники, що впливають на стійкість розчинів полімерів. Висолення
Справжні розчини полімерів, як і розчини низькомолекулярних сполук, є агрегативно стійкими і, на відміну від золів, можуть існувати тривалий час без добавок стабілізаторів. Поруш
Розчини електролітів як провідники другого роду. електропровідність розчинів електролітів
Залежно від здатності проводити електричний струм, всі речовини діляться на 3 основних типи: провідники, напівпровідники та діелектрики. Речовини першого типу можуть про
Еквівалентна електропровідність розчинів
Еквівалентною електропровідністюназивається електрична провідність розчину електроліту товщиною 1 м, що знаходиться між однаковими електродами з такою площею, щоб об'єм рідин
Ця рівність називається законом незалежного руху іонів або законом Кольрауша
Величини λк і λа називаються інакше рухливістю катіонів та аніонів. Вони, відповідно, дорівнюють λк = F Ψ
Практичне застосування електропровідності
Знаючи еквівалентну електропровідність розчину можна розрахувати ступінь (a) та константу дисоціації (K) розчиненого в ньому слабкого електроліту: де λV –
Металевий електрод
При опусканні металевої пластинки у воду її поверхні виникає негативний електричний заряд. Механізм його появи ось у чому. У вузлах кристалічних грат металів нахо
Вимірювання електродних потенціалів
Абсолютне значення електродного потенціалу безпосередньо визначити не можна. Можна виміряти лише різницю потенціалів, що виникає між двома електродами, що утворюють замкнуту електричну ланцюг.
Окисно-відновлювальні електроди
Існують розчини, що містять у своєму складі дві речовини, в яких атоми одного і того ж елемента перебувають у різному ступені окисленості. Такі розчини називаються інакше окисліть
Дифузійний та мембранний потенціали
Дифузійні потенціали виникають межі зіткнення двох розчинів. Причому це можуть бути як розчини різних речовин, так і розчини однієї і тієї ж речовини, тільки в
Серед іоно-селективних електродів велике поширення набув скляний електрод, який застосовують для визначення рН розчинів
Центральною частиною скляного електрода (рис. 91) є кулька, виготовлена зі спеціального струмопровідного гідратованого скла. Він заповнений водним розчином HCl із відомою концентрацією
Хімічні джерела електричного струму або гальванічні елементи перетворюють енергію, що виділяється при перебігу окислювально-відновних реакцій, в електричну ен
Потенціометрія
Потенціометрією називають групу методів кількісного аналізу, заснованих на використанні залежності рівноважного потенціалу електрода, опущеного в розчин, від активності (концентрація
Розрізняють пряму та непряму потенціометрію або потенціометричне титрування
Пряма потенціометрія (іонометрія) – це потенціометричний метод, у якому індикаторним електродом є іоноселективний електрод. Іонометрія – зручний, простий, експрес
Коагуляція є комплексом хімічних і фізичних впливів між негативно зарядженими колоїдними частинками і катіонами, тобто. позитивно заряджених хімічних реагентів. Вона використовує різні сили відштовхування та тяжіння, які забезпечують стійкість або навпаки, нестійкість колоїдної суспензії, а саме:
Сили електростатичного відштовхування;
Броунівський рух;
Сили тяжіння Ван-дер-Ваальса;
Силу всесвітнього тяжіння.
Коагуляція дестабілізує колоїдну суспензію за допомогою двох різних механізмів: нейтралізація заряду та хімічне зв'язування.
Нейтралізація заряду
Позитивно заряджені коагулянти нейтралізують негативний заряд, що оточує колоїдні частки. Коли заряд навколо кожної частки нейтралізований, вони поступово зближуються, зменшуючи свій ефективний радіус, стають, зрештою, нестійкими і можуть стикатися один з одним. При зіткненні частки з'єднуються один з одним за рахунок водневих зв'язків або, наприклад, сил Ван-дер-Ваальса, утворюючи великі маси, або пластівці.
Енергія перемішування, що застосовується в процесі очищення, збільшує кількість та частоту цих зіткнень частинок, посилюючи агломерацію твердої речовини та сприяю утворенню пластівців.
Хімічне зв'язування
Утворенню пластівців сприяє полімерна природа коагулянтів. Їх довгі молекулярні ланцюжки підхоплюють агломеровані частинки, утворюють містки від однієї поверхні до іншої, зв'язуючи разом окремі пластівці у великі маси, що легко видаляються.
З двох механізмів, що беруть участь у процесі коагуляції, нейтралізація заряду відіграє значно важливішу роль, ніж хімічне зв'язування.
Адсорбція полімеру на частинках твердої фази не завжди призводить до флокуляції. Необхідною умовою останньої є адсорбція однієї макромолекули або асоціату макромолекул на декількох частинках та утворення пластівців, що складаються з частинок, пов'язаних полімерними містками.
Заснована на цих уявленнях теорія флокуляції нейтральних частинок була розроблена Ла Мером. Згідно з Ла Мером, при флокуляції спочатку відбувається первинна адсорбція і кожна макромолекула прикріплюється кількома сегментами до однієї колоїдної частки. Адсорбовані молекули займають частину поверхні частинок (точніше, активних центрів, на яких можлива адсорбція), а решта поверхні (1 - θ) залишається вільною. Потім у процесі вторинної адсорбції вільні сегменти адсорбованих молекул закріплюються поверхні інших частинок, зв'язуючи їх полімерними містками.
Оцінюючи можливості адсорбції вже закріплених макромолекул на вільній поверхні інших частинок потрібно враховувати такі фактори: 1) співвідношення площ вільної поверхні частинок і поверхні, зайнятої макромолекулами; 2) конкуренцію макромолекул, що знаходяться в розчині, та сегментів макромолекул, вже адсорбованих на цих же частках; 3) стеричні складнощі, що перешкоджають підходу частинок з адсорбованими макромолекулами до вільної поверхні інших частинок.
Теоретично флокуляції Ла Мера беруть до уваги лише співвідношення вільної і зайнятої макромолекулами поверхонь частинок.
Швидкість флокуляції залежить від кількості зважених частинок, відстані, на яку повинні наблизитись частинки для того, щоб відбулася адсорбція, сфери дії атракціонних сил та швидкості руху частинок, яка визначає ймовірність такого зближення.
Зближення частинок на відстань, достатнє для прояву атракціонних сил, може відбуватися внаслідок броунівського руху, переміщення частинок з мікровихорами, що утворюються при механічному перемішуванні (мікротурбулентність потоку води), неоднакової швидкості руху частинок при осіданні або фільтруванні, а також обертання та руху вільних .
У розвитку уявлень Ла Мера з урахуванням електричного заряду колоїдних частинок та макроіонів та природи адсорбційних сил за аналогією з коагуляцією швидкість флокуляції може бути виражена рівнянням
u ф = dn / dt = – До ф R ф φ ф θ(1 - θ) n 2 ,
де К ф - Коефіцієнт, що характеризує умови зближення частинок;
R ф - сфера дії атракціонних сил - відстань між центрами частинок, при якому відбувається флокуляція, R ф = 0,5 (d 1 + d 2)? (рис II.6, a);
φ ф – коефіцієнт, що враховує сумарну дію виникаючих між частинками та макромолекулами ван-дер-ваальсових та кулонівських сил;
θ(1 - θ) – фактор, що визначає ймовірність того, що вільна поверхня однієї частинки розташується біля макромолекул, адсорбованих на поверхні іншої частки;
n – лічильна концентрація завислих частинок.
Флокуляція частинок, розмір яких досить великий, відбувається під впливом що виникають у потоці, що рухається і переміщаються з різною швидкістю мікрооб'ємів рідини.
Описано два можливі механізми коагуляції і флокуляції частинок у потоці, що рухається. Один із них протікає в умовах розвиненої турбулентності, в потоці, де є широкий спектр турбулентних пульсацій.
Істотне значення має зміна структури пластівців, їх міцності і щільності, що відбувається під час перемішування. Ця зміна відбувається з наступних причин:
а) через більш рівномірний розподіл полімеру, який після дозування перебуває в надлишку в окремих місцях суспензії, і адсорбції кожної з його молекул на дедалі більшій кількості твердих частинок; зі зростанням інтенсивності перемішування перерозподіл полімеру відбувається швидше;
б) внаслідок адсорбції вільних сегментів макромолекул на тих же твердих частинках та скорочення довжини полімерних містків;
в) через руйнування агрегатів з укороченими містками на дрібніші та їх взаємодії між собою шляхом подальшої адсорбції макромолекул на вільній поверхні розірваних агрегатів.
Руйнування агрегатів відбувається переважно в місцях зіткнення колоїдних частинок між собою, оскільки сили Ван-дер-Ваальса, що діють між частинками, менш міцні, ніж сили, що зумовлюють адсорбцію макромолекул полімеру.
Наявність оптимальних доз полімеру при флокуляції встановлюється різними методами: по зміні каламутності колоїдного розчину або суспензії після додавання флокулянту (зменшення каламутності в грубодисперсних), за швидкістю седиментації, по каламутності або прозорості суспензії після осідання сфлокулированного через пористу перегородку з утворенням шару кеку (максимальна швидкість відповідає утворенню найбільших пластівців), за якістю фільтрату і за часом захисної дії фільтруючого завантаження із зернистого матеріалу.
Безперечний вплив на процес флокуляції повинен надавати розмір макромолекул (молекулярна маса полімеру): чим більший розмір макромолекул, тим більший відсоток сегментів адсорбованих макромолекул залишається вільним і здатним до адсорбції на інших частках. Велика макромолекула може пов'язати більше твердих частинок, утворюючи, таким чином, більші пластівці.
Разом з тим у міру зростання розмірів макромолекул посилюються стеричні явища та утруднюється підхід частинок з адсорбованими макромолекулами до вільної поверхні інших частинок.
Спільна дія обох факторів призводить до того, що найбільш ефективна флокуляція та максимальний розмір пластівців повинні спостерігатися при певному розмірі макромолекул, точніше – певному співвідношенні між розміром колоїдних частинок та макромолекул полімеру.
Умови застосування флокулянтів для очищення водиНа підставі всієї сукупності виявлених закономірностей слід зазначити, що поліакриламідні флокулянти без і в поєднанні з мінеральними коагулянтами можуть успішно використовуватися для очищення природних і стічних вод від зважених і колоїдно-дисперсних речовин. Оптимізація процесу водоочищення не є точним алгоритмом і залежить від багатьох факторів. На водоочищення впливають характеристики флокулянту (природа, хімічний склад, молекулярна маса, конформація макромолекул та концентрація флокулянту) та коагулянту (природа та концентрація), технологічні фактори (спосіб і момент дозування флокулянту та коагулянту, ефективність перемішування, тривалість змішування та ін). також якість вихідної води (хімічний та дисперсійний склад, величина рН та температура). Безсумнівно, що з урахуванням цих факторів можна інтенсифікувати очищення та знебарвлення природних та стічних вод, а також здійснювати процес керованої водоочищення з метою отримання очищеної води відповідно до норм якості питної води та вимог споживачів.
Зміна стану колоїдних систем
Колоїдні системи мають високорозвинену поверхню розділу і, отже, великий надлишок вільної поверхневої енергії. Тому ці системи термодинамічно нестійкі. Якщо в силу умов міцели золя приходять у тісний зіткнення між собою, вони з'єднуються у великі агрегати.
Коагуляція– це процес зміцнення колоїдних частинок у золях, що відбуваються під впливом зовнішніх впливів.
Седиментація- Процес осадження укрупнених частинок твердої фази золю.
Процес коагуляції пов'язаний із зменшенням ступеня дисперсності та обумовлений агрегативною нестійкістю колоїдних систем.
У коагуляції розрізняють 2 стадії:
1) приховану коагуляцію – коли новонародженим газом ще не можна спостерігати якісь зовнішні зміни в золі.
2) явну коагуляцію, коли процес агрегації частинок дисперсної фази золю може бути виявлений легко візуально.
Коагуляція може бути викликана підвищенням температури, тривалим діалізом, додаванням електролітів, різного роду механічними впливами (розмішування, струшування, збовтування), сильним охолодженням, ультрацентрифугуванням, концентруванням, пропусканням електричного струму, дією на золь іншим золем.
Оскільки головною умовою зменшення стійкості колоїдних розчинів є втрата електричного заряду, основними методами їх коагулювання є методи зняття зарядів.
Коагуляція гідрофобних золів електролітами
Щоб розпочався процес коагуляції, потрібна наявність деякої мінімальної концентрації електроліту в золі.
Поріг коагуляції- Найменша концентрація ммоль/л електроліту, що викликає коагуляцію (помутніння розчину, зміна забарвлення).
Правило Шульце-Гарді- Іони коагулятори вищої зарядності, викликають коагуляцію при менших концентраціях, ніж іони нижчої зарядності.
Правило Шульце-Гарді має наближений характер, т.к. Коагулююча дія електроліту залежить не тільки від зарядності його іонів. Деякі органічні однозарядні іони мають більш сильну адсорбованість.
За величиною коагулюючої здатності іони лужних металів можна розмістити в ряди іонів цих металів - ліотропні ряди.
Cs + >Rb + >NH 4 + >K + >Na + >Li +
Коагуляцію гідрофобних золів можна викликати за допомогою суміші електролітів. При цьому можливі 3 випадки:
1)Коагулююча дія змішуваних електролітів підсумовується.
2)Коагулююча дія суміші електролітів менше, ніж у разі чистих електролітів. Це явище зветься антогонізмуіонів. Воно притаманно сумішей іонів, мають різну валентність.
3) У ряді випадків має місце взаємне посилення коагулюючої дії іонів, що змішуються. Це явище називається синергізмоміонів.
Коагуляція гідрофобних колоїдів може бути викликана змішуванням певних кількісних співвідношеннях з іншим гідрофобним золем, гранули якого мають протилежний знак. Це явище називається взаємною коагуляцією. Взаємна коагуляція відбувається при змішуванні морської та річкової води. При цьому іони солей морської води адсорбуються на заряджених колоїдних частинках річкової води, внаслідок чого відбувається коагуляція. З цієї причини на дні постійно накопичується велика кількість мулу, утворюється багато мілин та острівців.
У побуті: чорнило є колоїдними розчинами різних барвників. Причому в різних чорнилах колоїдні частинки заряджені по-різному. Ось чому при змішуванні різних чорнил має місце взаємна коагуляція.
Механізм електролітної коагуляції
Гранула стає електронейтральною у тому випадку, якщо протиіони дифузного шару, заряджені негативно, переміщуються в адсорбційний шар. Чим вище концентрація електроліту, тим більше знижується дифузний шар, тим менше стає потенціал, тим швидше починається процес коагуляції. За певної концентрації електроліту практично всі протиіони перейдуть в адсорбований шар, заряд гранули знизиться до нуля і коагуляція піде з максимальною швидкістю.
Коагулююча дія електролітів зводиться до стиснення дифузного шару і протікає вибіркова адсорбція на колоїдній частинці тих іонів електролітів, які мають протилежний заряд гранулі. Чим вищий заряд іона, тим інтенсивніше він адсорбується. Накопичення іонів в адсорбованому шарі супроводжується зменшенням потенціалу та дифузного шару.
Висновок: коагулююча дія електролітів полягає в зменшенні сил відштовхування між колоїдними частинками через зниження потенціалу і зміну будову подвійного електричного шару і стиснення дифузної його частини, обумовлене додаванням електроліту – коагулянту, тягне за собою зниження розклинювальної дії гідратних оболонок.
При додаванні до зол електролітів з багатозарядними іонами, заряд яких протилежний за знаком заряду колоїдних частинок, може спостерігатися не коагуляція, а стабілізація золю та зміна потенціалу. Це явище називається перезарядженнязолів.
Одним із найбільш широко застосовуваних на практиці прийомів зниження вмісту суспензії у воді є седиментація під дією сил тяжіння. Однак, домішки, що зумовлюють каламутність і кольоровість природних вод, відрізняються малими розмірами, внаслідок чого їхнє осадження відбувається вкрай повільно, оскільки сили дифузії переважають над силами тяжіння. З іншого боку, наявність домішок колоїдного характеру ще більше ускладнює процес седиментації. Для прискорення процесів осадження, фільтрування, флотації та підвищення їх ефективності вдаються до коагулювання домішок води.
Коагуляцією домішок води називається процес укрупнення колоїдних та зважених частинок дисперсної системи, що відбувається внаслідок їх взаємодії та об'єднання в агрегати. Коагуляція є комплексом хімічних і фізичних взаємодій між негативно зарядженими колоїдними частинками і катіонами, тобто. позитивно заряджених хімічних реагентів. Вона використовує різні сили відштовхування та тяжіння, які забезпечують стійкість або, навпаки, нестійкість колоїдної суспензії, а саме:
Сили електростатичного відштовхування;
Броунівський рух;
Сили тяжіння Ван-дер-Ваальса;
Силу всесвітнього тяжіння.
Коагуляція дестабілізує колоїдну суспензію за допомогою двох різних механізмів:
- нейтралізації заряду
Енергія перемішування, що застосовується в процесі очищення, збільшує кількість та частоту цих зіткнень частинок, посилюючи агломерацію твердої речовини та сприяючи утворенню пластівців.
- хімічного зв'язування
З двох механізмів, що беруть участь у процесі коагуляції, нейтралізація заряду відіграє значно важливішу роль, ніж хімічне зв'язування. Завершуються ці процеси відділенням агрегатів частинок, що злиплися, від рідкої фази.
Слово "коагуляція" походить від латинського "coagulare", що означає "збирати разом". Коагуляція відіграє важливу роль у процесах водоочищення для видалення зважених колоїдних частинок, які можуть надавати питній воді неприємного смаку, кольору, запаху або каламутності. Це робиться шляхом додавання до неочищеної води спеціальних хімічних реагентів (коагулянтів). Під дією коагулянтів дуже маленькі, надзвичайно дисперсні колоїдні частинки об'єднуються разом у великі маси (пластівці), які потім можна видалити такими методами поділу твердої та рідкої фази, як осадження, флотація та фільтрація.
Основними чинниками, які впливають процес коагуляції домішок води обсягом (конвективна коагуляція), є: температура і лужність води; концентрація водневих іонів та аніонний склад води; правильний вибір дози коагулянту, швидкість його змішування та рівномірність розподілу у воді; вміст у воді природних суспензій; умови протікання процесу пластівництва (ортокінетична фаза процесу коагуляції).
Правильний вибір дози коагулянту має першорядне значення для коагулювання домішок води. Під дозою коагулянту мається на увазі певна масова кількість реагенту, яка додається до одиниці об'єму води, що обробляється. Доза коагулянту вимірюється мг/л, г/м 3 .
Наочне уявлення про вплив дози коагулянту на процеси освітлення та знебарвлення води дає коагуляційна крива. Її можна розбити на три зони. У зоні I при малих дозах коагулянту ефект освітлення та знебарвлення води відстоюванням або фільтруванням незначний. У зоні II збільшення дози коагулянту різко позначається на ефекті освітлення та знебарвлення води. Кордон між зонами І і ІІ носить назву порога коагуляції. У зоні III збільшення дози коагулянту не дає помітного покращення ефекту освітлення та знебарвлення води. Крива практично паралельна осі абсцис. Кордон між зонами II та III носить назву оптимальної дози.
При коагулювання домішок води необхідний швидкий і рівномірний розподіл реагентів в її обсязі для забезпечення максимального контакту частинок домішок з проміжними продуктами гідролізу коагулянту (які існують протягом короткого проміжку часу), оскільки процеси гідролізу, полімеризації та адсорбції протікають протягом 1 секунди.
Для рівномірного та швидкого змішування реагентів з водою їх слід вводити у зонах найбільшої турбулентності потоку у кількох точках його перерізу. Для змішування реагенту з водою необхідно передбачати реагенторозподільники (пристрою введення реагентів), що забезпечують їх швидкий рівномірний розподіл в каналі або трубопроводі, що подає, і змішувачі, де відбувається подальше інтенсивне змішування введених реагентів з оброблюваною водою. Реагенторозподільники рекомендується виконувати у вигляді перфорованих трубчастих систем або вставок у трубопровід, що є місцевими опорами. Втрату напору в трубопроводі при встановленні зазначених пристроїв відповідно приймають 0,1...0,2 та 0,2...0,3 м.
Перикинетична (молекулярно-кінетична) коагуляція закінчується, коли частинки досягають розміру 1 ... 10 мкм, що практично збігається з періодом швидкого розподілу коагулянту в оброблюваній воді змішувачів. Неефективне змішування призводить до перевитрати коагулянту та малої швидкості агломерації домішок води при цій дозі реагенту. Отже, необхідно створити оптимальний режим роботи змішувачів, при якому коагулянт вступив би в дотику з максимальним числом частинок домішок води до того, як закінчаться реакції гідролізу та полімеризації.
Застосування полімерних флокулянтів після дестабілізації суспензії колоїдної коагулянтами дозволяє збільшити ефективність процесу очищення. Завдяки своїй дуже великій молекулярній масі полімерні флокулянти надзвичайно ефективно утворюють містки між мікропластами, що виникли при коагуляції, створюючи більші макроплески. Використання слідом за коагуляцією дуже малих кількостей флокулянтів (0,01 - 0,5 мг/л) максимізує захоплення частинок, прискорює утворення пластівців і робить пластівці більш щільними та швидко обложеними. Використання флокулянтів для цієї мети дозволяє обмежити дозування коагулянтів до мінімальної кількості, необхідної для дестабілізації колоїдної суспензії, оскільки при цьому не потрібна надмірна кількість коагулянту для утворення суспензії, здатної випасти в осад.
Результатом процесу коагуляції є видалення забруднень як нерозчинного осаду чи флотошлама.
Правила коагуляції електролітами. Поріг коагуляції. Правило Шульце Гарді. Види коагуляції: концентраційна та нейтралізаційна. Коагуляція сумішами електролітів. Явище "неправильні ряди". Механізм та кінетика коагуляції
Коагуляцією називається процес злипання частинок із утворенням великих агрегатів. В результаті коагуляції система втрачає свою седиментаційну стійкість, тому що частинки стають занадто великими і не можуть брати участь у броунівському русі.
Коагуляція є мимовільним процесом, оскільки вона призводить до зменшення міжфазної поверхні і, отже, зменшення вільної поверхневої енергії.
Розрізняють дві стадії коагуляції.
1 стадія – прихована коагуляція. На цій стадії частки укрупнюються, але ще не втрачають своєї седиментаційної стійкості.
2 стадія – явна коагуляція. На цій стадії частки втрачають свою седиментаційну стійкість. Якщо щільність частинок більша за щільність дисперсійного середовища, утворюється осад.
Причини коагуляції різноманітні. Чи існує якийсь зовнішній вплив, який при достатній інтенсивності не викликав би коагуляцію.
Правила коагуляції:
1. Усі сильні електроліти, додані до золю у достатній кількості, викликають його коагуляцію.
Мінімальна концентрація електроліту, коли він починається коагуляція, називається порогом коагуляції C k .
Іноді замість порога коагуляції використовують величину V K , яка називається коагулюючою здатністю. Це обсяг золю, який коагулює під дією 1 моля електроліту:
тобто. що менше поріг коагуляції, то більше вписувалося коагулирующая здатність електроліту.
2. Коагулюючу дію має не весь електроліт, а тільки той іон, заряд якого збігається за знаком із зарядом протиіону міцели ліофобного золю. Цей іон називають іоном-коагулянтом.
3. Коагулююча здатність іона-коагулянта тим більше, що більше заряд іона.
Кількісно ця закономірність описується емпіричним правилом Щульце - Гарді:
або .
де a – постійна для даної системи величина;
Z – заряд іона – коагулянту;
Поріг коагуляції однозарядного, двозарядного, тризарядного іона-коагулянту.
Правило встановлює, що коагулюючі сили іона тим більше, що більше його валентність. Експериментально встановлено, що іони з найвищою валентністю мають значення порога коагуляції нижче, ніж іони з нижчою. Отже, для коагуляції краще брати іони з вищим ступенем окиснення. Якщо валентність іонів однакова, то коагулююча здатність залежить від розмірів та ступеня гідратації іонів. Чим більший радіус іона, тим більша його здатність коагулювати. За цим правилом складено ліотропні ряди. Органічні іони-коагулянти, зазвичай, краще коагулируют гідрозолі, ніж неорганічні, т.к. вони легко поляризуються та адсорбуються. З погляду подвійного електричного шару (ДЕС) вважається, що коагуляція йде у разі, коли z-потенціал > 30 мВ.
Коагулююча здатність іона при однаковому заряді тим більше, що більший його кристалічний радіус. Причина з одного боку, у великій поляризованості іонів найбільшого радіусу, отже, в їх здатності притягуватися поверхнею, що складається з іонів та полярних молекул. З іншого боку, що більше радіус іона, то менше, за однієї й тієї ж величині заряду, гідратація іона. Гідратна оболонка зменшує електричну взаємодію. Коагулююча здатність органічних іонів більша порівняно з неорганічними іонами.
Для однозарядних неорганічних катіонів коагулююча здатність зменшується в наступному порядку:
Ліотропний ряд.
При збільшенні концентрації іона-коагулянту z – потенціал міцели золю зменшується за абсолютною величиною. Коагуляція може починатися вже тоді, коли z – потенціал знижується до 0,025 – 0,040 (а не до нуля).
При коагуляції золю електролітами розрізняють концентраційну та нейтралізаційну коагуляцію.
Концентраційна коагуляція має місце, коли вона відбувається під дією індиферентного електроліту внаслідок стиснення дифузного шару протиіонів та зменшення абсолютного значення z-потенціалу.
Розглянемо концентраційну коагуляцію золю хлориду срібла, стабілізованого нітратом срібла, при введенні в сіль нітрату калію.
Формула міцели має вигляд:
На рис. 3.1.2.1 показаний графік зміни потенціалу в ДЕС міцели хлориду срібла. Крива 1 відноситься до вихідної міцеле, крива 2 – після додавання KNO 3 у кількості, що викликає коагуляцію. При додаванні KNO 3 дифузний шар протиіонів стискається, формула міцели набуває вигляду:
На рис. 3.1.2.2 представлені потенційні криві, що характеризують взаємодію частинок у цьому золі. z-потенціал вихідної колоїдної частинки позитивний, це створює потенційний бар'єр коагуляції ∆U = 0 (крива 2 рис. 3.1.2.2). Тому ніщо не заважає колоїдним частинкам зблизитись на таку відстань, де переважають сили тяжіння – відбувається коагуляція. Оскільки в даному випадку причиною коагуляції є збільшення концентрації протиіонів, вона називається концентраційною коагуляцією.
Для цього випадку теорія дає формулу
де g – поріг коагуляції;
З – константа, слабко залежить від асиметрії електроліту, тобто. відношення числа зарядів катіону та аніону;
А – константа;
е – заряд електрона;
e – діелектрична проникність;
Z – заряд коагулюючого іона;
Т – температура.
З рівняння випливає, що значення порогів коагуляції для одно-, дво-, трьох-, чотири-зарядних іонів повинні співвідноситися 1 до (1/2) 6 до (1/3) 6 до (1/4) 6 і т.д ., тобто. обгрунтовується раніше представлене емпіричне правило Шульце - Гарді.
Нейтралізаційна коагуляція відбувається при додаванні до золю неіндиферентного електроліту. При цьому потенціалозначальні іони зв'язуються в малорозчинну сполуку, що призводить до зменшення абсолютних величин термодинамічного потенціалу, а отже, і z-потенціалу аж до нуля.
Якщо взяти як вихідний щойно розглянутий золь хлориду срібла, то для нейтралізації потенциалопределяющих іонів Ag + в золь необхідно ввести, наприклад, калію хлорид. Після додавання певної кількості цього неіндиферентного електроліту міцела матиме вигляд:
В системі не буде іонів, здатних адсорбуватися на поверхні частки AgCl, і поверхня стане електронейтральною. При зіткненні таких частинок відбувається коагуляція.
Оскільки причиною коагуляції у разі є нейтралізація потенциалопределяющих іонів, таку коагуляцію називають нейтралізаційної коагуляцією.
Необхідно відзначити, що для повної нейтралізаційної коагуляції неіндиферентний електроліт повинен бути доданий у еквівалентній строго кількості.
При коагуляції сумішшю електролітів розрізняють два типи процесів:
· гомокоагуляція
· гетерокоагуляція
Гомокоагуляція – укрупнення подібних частинок у більший агрегат осаду. Причому в процесі відстоювання дрібні частинки розчиняються, а великі збільшуються за їхній рахунок. На цьому засноване явище активації та перекристалізації. Цей процес описується рівнянням Кельвіна - Томсона:
,
де С ? - Розчинність макрочасток;
С – розчинність мікрочастинок;
V м – молярний об'єм;
R – універсальна постійна газова;
T – температура;
r – радіус частинок.
З рівняння випливає, що концентрація навколо маленького радіусу більша, тому дифузія йде від більшої концентрації до меншої.
При другому типі відбувається злиття різнорідних частинок або прилипання частинок дисперсної системи на чужорідні тіла або поверхні, що вводяться в систему.
Гетерокоагуляція – взаємна коагуляція різнорідних дисперсних систем.
Коагуляція сумішшю електролітів має велике практичне значення, так як навіть при додаванні до золю одного електроліту-коагулянту, насправді коагуляція відбувається принаймні під впливом двох електролітів, так як в системі міститься електроліт-стабілізатор. Крім того, у техніці для коагуляції часто застосовують суміш двох електролітів. Розуміння закономірностей взаємної дії електролітів важливо також при дослідженні впливу біологічно активних іонів на органи та тканини живого організму.
При коагуляції золю сумішшю двох і більше електролітів можливі три випадки (рис. 3.1.2.3). По осі абсцис відкладено концентрацію першого електроліту С 1 , а C к1 – його поріг коагуляції. Аналогічно по осі ординат відкладено концентрацію другого електроліту С 2 , а С к2 – його поріг коагуляції.
1. Адитивна дія електролітів (лінія 1 рис. 3.1.2.3). Електроліти діють незалежно один від одного, їх сумарна дія складається з впливів кожного з електролітів. Якщо з 1 '-концентрація першого електроліту, то для коагуляції золя концентрація другого електроліту повинна бути рівною з 2 '. Адитивність спостерігається зазвичай при подібності коагулюючої здатності обох електролітів.
2. Синергізм дії (лінія 2 рис. 3.1.2.3). Електроліти як би сприяють один одному – для коагуляції їх потрібно менше, ніж потрібно за правилом адитивності (з 2″< c 2 ′). Условия, при которых наблюдается синергизм, сформулировать трудно.
3. Антагонізм дії (лінія 3 рис. 3.1.2.3). Електроліти як би протидіють один одному і для коагуляції їх слід додати більше, ніж потрібно за правилом адитивності. Антагонізм спостерігається при великій різниці в коагулюючій дії електролітів.
Існує кілька теорій, які пояснюють явище антагонізму. Однією з його причин може бути хімічна взаємодія між іонами.
Наприклад, для золя AgCl, стабілізованого хлоридом калію, коагулюючу дію мають катіони. Наприклад, велику коагулюючу здатність має чотиризарядний іон торію Th 4+ . Однак якщо взяти для коагуляції суміш Th(NO 3) 4 і K 2 SO 4 то коагулююча здатність цієї суміші значно менше, ніж окремо взятого Th(NO 3) 4 . Пов'язано це з тим, що в результаті хімічної реакції утворюється комплекс:
і замість чотиризарядних іонів Th 4+ у золі будуть знаходитися однозарядні катіони K + , коагулююча дія яких значно слабша (правило Шульце-Гарді).
Гетероадагуляція - прилипання частинок дисперсної фази до чужорідної поверхні, що вводиться в систему.
Однією з причин цього є адсорбція стабілізатора на цій поверхні. Наприклад: відкладення колоїдних частинок на волокнах при фарбуванні та дробленні.
Для гідрофобних золів як ВМС зазвичай використовують білки, вуглеводи, пектини; для неводних золів – каучуки.
При введенні в колоїдний розчин електролітів, що містять багатовалентні іони з протилежними зарядом частинок, спостерігається явище "неправильні ряди". Воно полягає в тому, що при додаванні до окремих порцій золя дедалі зростаючої кількості електроліту золь спочатку залишається стійким, потім у певному інтервалі концентрацій відбувається коагуляція; далі золь знову стає стійким і, нарешті, у разі підвищення концентрації електроліту знову настає коагуляція вже остаточна. Подібні явища можуть викликати великі органічні іони. Пояснюється це тим, що при дуже малих кількостях введеного електроліту іонів недостатньо, щоб коагулювати золь, тобто значення x- потенціалу залишається вищим за звичний (рис. 3.1.2.4). При великих кількостях електроліту його іони мають коагулюючу дію. Цей інтервал концентрацій відповідає значенням x потенціалу частинок від x критичного першого знака до x критичного іншого знака.
При ще більших концентраціях багатовалентні іони перезаряджають колоїдну частинку і золь знову стійкий. У цій зоні x-потенціал знову вище критичного значення, але обернений за знаком частинкам вихідного золя. Нарешті, при високому вмісті вихідного електроліту багатовалентні іони знову знижують значення x-потенціалу нижче за критичний і знову відбувається остаточна коагуляція.
Підвищення агрегативної стійкості золю шляхом введення в нього високомолекулярної сполуки (ВМС) називається колоїдним захистом. Відбувається утворення захисної плівки на поверхні золю (гідратної або ВМС), що перешкоджає взаємодії частинок електроліту.
Як кількісну характеристику коагуляції Зігмонді запропонував використовувати швидкість коагуляції.
Швидкість коагуляції u – це зміна концентрації колоїдних частинок в одиницю часу при постійному обсязі системи.
де n – концентрація частинок;
Знак "-" вартий тому, що концентрація частинок з часом зменшується, а швидкість завжди позитивна.
Ступінь коагуляції a:
де Z – загальна кількість зіткнень частинок в одиницю часу; Z еф - число ефективних зіткнень (тобто зіткнень, що призводять до коагуляції) в одиницю часу.
Якщо a = 0, коагуляція немає, колоїдний розчин агрегативно стійкий.
Якщо a = 1, відбувається швидка коагуляція, тобто. кожне зіткнення частинок призводить до їх злипання.
Якщо 0< a < 1, наблюдается медленная коагуляция, т.е. только некоторые столкновения частиц приводят к их слипанию.
Щоб частинки при зіткненні злиплися, а не розлетілися як пружні кулі, повинен бути подоланий потенційний бар'єр коагуляції ΔU к. Отже, коагуляція відбудеться тільки в тому випадку, коли колоїдні частинки володітимуть кінетичною енергією, достатньою для подолання цього бар'єру. Для збільшення рівня коагуляції необхідно знижувати потенційний бар'єр. Це можна досягти додаванням до золю електроліту – коагулянта.
Залежність швидкості коагуляції від концентрації електроліту представлено рис. 3.1.2.5.
На графіку видно три ділянки:
I. 
.
Отже, кінетична енергія kТ<< ΔU к, (k – постоянная Больцмана) – лиофобный золь агрегативно устойчив.
ІІ. 
, тобто. потенційний бар'єр коагуляції більший, але можна порівняти з кінетичною енергією колоїдних частинок, причому зі збільшенням концентрації електроліту – коагулянту він зменшується, а швидкість коагуляції зростає. З км – поріг повільної коагуляції, З кб – поріг швидкої коагуляції. Ця ділянка кривої виражає залежність:
На цій ділянці відбувається повільна коагуляція.
Кожне зіткнення призводить до злипання частинок - йде швидка коагуляція.
Теорія швидкої коагуляції, розроблена М. Смолуховським у 1916 р., ґрунтується на наступних положеннях.
1. Ця система є монодисперсною, радіус частинок r.
2., тобто. усі зіткнення є ефективними.
3. Розглядаються лише зіткнення первинних частинок.
4. Кінетика коагуляції подібна до кінетики бимолекулярної реакції:
,
де k - Константа швидкості коагуляції.
Проінтегруємо це рівняння, розділивши змінні:
,
де u 0 - Концентрація частинок золю в початковий момент часу;
u t - Концентрація частинок золю в момент часу t.
Для характеристики швидкої коагуляції використовується період коагуляції (період половинної коагуляції) q.
Період коагуляції (q) – це час, через який концентрація колоїдних частинок зменшується вдвічі.
Відповідно до теорії швидкої коагуляції, константа коагуляції залежить від коефіцієнта дифузії і може бути обчислена за рівнянням
Якщо підставити на це рівняння величину коефіцієнта дифузії, отримаємо:
Таким чином, знаючи в'язкість дисперсійного середовища та температуру, можна обчислити константу швидкості швидкої коагуляції. Теорія Смолуховського неодноразово перевірялася експериментально та отримала блискуче підтвердження, незважаючи на зроблені автором припущення.
Повільна коагуляція пов'язані з неповною ефективністю зіткнень внаслідок існування енергетичного бар'єру. Просте введення величини ступеня коагуляції a формули теорії Смолуховського не призвело до згоди теорії з досвідом. Більш досконалу теорію повільної коагуляції розробив Н. Фукс. Він ввів у кінетичне рівняння коагуляції множник, що враховує енергетичний бар'єр коагуляції ΔU до:
,
де k КМ - Константа швидкості повільної коагуляції;
k КБ – константа швидкості швидкої коагуляції;
Р – стеричний чинник;
ΔU до - потенційний бар'єр коагуляції;
k - Постійна Больцмана.
Таким чином, для розрахунку константи швидкості повільної коагуляції необхідно знати потенційний бар'єр коагуляції, величина якого залежить насамперед від z-потенціалу.
Фактор стійкості, або коефіцієнт уповільнення W, показує, скільки разів константа швидкості повільної коагуляції менше константи швидкості швидкої коагуляції.
,
Слід зазначити п'ять чинників стійкості, серед яких два перших відіграють головну роль.
1. Електростатичний фактор стійкості.
Він обумовлений наявністю ДЕС та x- потенціалу на поверхні частинок дисперсної фази.
2. Адсорбційно - сольватний фактор стійкості.
Він обумовлений зниженням поверхневого натягу внаслідок взаємодії дисперсійного середовища з часткою дисперсної фази. Цей фактор відіграє помітну роль, коли як стабілізатори використовуються колоїдні ПАР.
3. Структурно – механічний чинник стійкості.
Він обумовлений тим, що на поверхні частинок дисперсної фази утворюються плівки, що володіють пружністю та механічною міцністю, руйнування яких потребує часу та витрати енергії. Цей фактор стійкості реалізується у тих випадках, коли як стабілізатори використовуються високомолекулярні сполуки (ВМС).
4. Ентропійний фактор стійкості.
Коагуляція призводить до зменшення кількості частинок у системі, отже, до зменшення ентропії (ΔS<0), а это приводит к увеличению свободной энергии системы ΔG>0. Тому система мимоволі прагне відштовхнути частки одна від одної і рівномірно (хаотично) розподілити за обсягом системи. Цим обумовлений ентропійний фактор стійкості. Однак число частинок у колоїдному розчині порівняно з істинним розчином такої ж масової концентрації набагато менше, тому роль ентропійного фактора невелика. Але якщо частинки стабілізовані речовинами, що мають довгі гнучкі ланцюги (ВМС) і тому мають багато конформацій, то при зближенні таких частинок їх захисні шари вступають у взаємодію. Це взаємодія обов'язково призводить до зменшення кількості можливих конформацій, отже – зменшення ентропії. Тому система прагне відштовхнути частки одна від одної.
5. Гідродинамічний фактор стійкості.
Йому сприяє збільшення щільності та динамічної в'язкості дисперсійного середовища.
У реальних системах діють зазвичай кілька факторів стійкості. Кожному фактору відповідає специфічний спосіб його нейтралізації. Це ускладнює створення загальної теорії стійкості. Поки що існують лише приватні теорії.
Або кислот; так одержують, наприклад, золь гідроксиду заліза(III), що має таку будову: (m n FeO+ · (n–x)Cl–)x+ x Cl– 4.2.2 Агрегативна стійкість ліофобних колоїдів. Будова колоїдної міцели Ліофобні колоїди мають дуже високу поверхневу енергію і тому термодинамічно нестійкі; це уможливлює мимовільний процес зменшення...
...; праворуч – аморфний Ca-Mg кремнеземний гідрогель, MWT відкладення (див. текст). 5 Обговорення Результати, отримані у великомасштабному експерименті та у промисловій практиці показують, що магнітна обробка води працездатна у промисловому масштабі. Ми не спостерігали заростання поверхонь теплообмінників, але лише виявляли невелику кількість м'яких, аморфних відкладень. Спектри поглинання...
Причому переважають кислі. Кількість окремих груп амінокислот у білках залежить від зоотехнічних факторів, що й зумовлює їхній фізико-хімічний склад. Молоко за вмістом незамінних амінокислот є повноцінним. Склад незамінних АК у деяких білках % Амінокислоти Ідеальний білок Казеїн Сироваткові білки молока Білок яйця Білок пшениці Білок...
Механічні навантаження. Найбільш зношується частиною двигуна гоночного автомобіля є поршень циліндра. За твердженням фахівців німецької фірми Mahle, яка є лідером у виробництві поршнів гоночних автомобілів, вартість поршня боліда Formula –1 практично можна прирівняти до ціни золота. Основними матеріалами, що використовуються в двигунах Формули-1, є алюмінієві магнієві, ...