Вплив різних факторів на коагуляцію. Правило Шульце-Гарді. Кінетика коагуляції. Теорія ДЛФО. Концентраційна коагуляція. Нейтралізаційна коагуляція. Коагуляція сумішами електролітів.

1. LOGO
Лекція № 5
КОАГУЛЯЦІЯ КОЛОЇДНИХ СИСТЕМ
к.т.н., доц. Сабадаш Наталія Іванівна

2. План:
Вплив різних факторів на коагуляцію;
Теорія ДЛФО;3
4
1
2 Кінетика коагуляції;
Коагуляція сумішами електролітів.

3. LOGO
1. Вплив різних факторів
на коагуляцію

4. Коагуляція
 Коагуляцією називають зменшення
дисперсності системи в результаті
злипання частинок дисперсної фази під
впливом молекулярних сил притягання
внаслідок втрати агрегативної стійкості.

5. Коагуляція

6. Правила коагуляції електролітами
 1.1. При дії електролітів коагуляція починається вПри дії електролітів коагуляція починається в
той момент, коли ξ-потенціал зменшується дотой момент, коли ξ-потенціал зменшується до
30 мВ (вольт) – це критичний потенціал золю.30 мВ (вольт) – це критичний потенціал золю.
 2.2. Концентрація електролітів у системі має бутиКонцентрація електролітів у системі має бути
досить високою, щоб стиснути ПЕШ і тимдосить високою, щоб стиснути ПЕШ і тим
самим знизити енергетичний бар’єр, якийсамим знизити енергетичний бар’єр, який
перешкоджає злипанню часток при зіткненні.перешкоджає злипанню часток при зіткненні.

7.  3. Коагуляцію викликають будь-які електроліти, але з
помітною швидкістю вона починається при досягненні
певної концентрації електроліту.
Поріг коагуляції – це мінімальна концентрація
електроліту, при перевищенні якої спостерігається
коагуляція.
С – концентрація електроліту;
n – кількість мілілітрів води, взятих для розведення.
( )3n1
10C
C
3
K
+
⋅
=

8. Коагуляція

9.  Коагулюючою здатністю називають
величину, обернено пропорційну порогу
коагуляції.
KC
1
V =

10. Правило Шульце-Гарді:
 Коагуляцію золю викликає той іон
введеного електроліту, який має заряд,
протилежний заряду колоїдної частинки, а
коагулююча дія тим сильніша, чим вищий
заряд іона-коагулятора.
 Шульце знайшов співвідношення коагулюючої
здатності одно-, двох- і тризарядних
катіонів:
1:20:350.

11. 4. У неорганічних іонів з однаковим
зарядом коагулююча дія зростає
зі зменшенням гідратації.

12. зростання коагулюючої активності →
F -
Cl -
Br ‑
I -
← зростання ступеню гідратації
зростання коагулюючої активності →
Li +
Na +
K +
Rb +
Cs +
зростання ступеню гідратації ←

13. 5. У органічних іонів коагулююча дія
зростає з підвищенням адсорбційної
здатності.
6. В осаді, утвореному при коагуляції,
завжди присутні іони, які її викликали.

14. Початок коагуляції можна визначити за різними ознаками:
за зміною забарвлення золю, виникненням каламуті,
початком виділення осаду і т. д.

15. LOGO
2. Кінетика коагуляції

16.  Швидкість коагуляції
визначається зміною
концентрації золю за
одиницю часу.
 На рис. показана залежність
швидкості коагуляції від
концентрації коагулюючого
електроліту.

17.  Припускають, що в області швидкої
коагуляції будь-яке зіткнення частинок
призводить до їх злипання. Число зіткнень
в одиницю часу визначається
інтенсивністю броунівського руху.
 Теорію швидкої коагуляції розробив
польський вчений Смолуховський.

18. ЗАХИСНА ДІЯ МОЛЕКУЛЯРНИХ АДСОРБУЮЧИХ ШАРІВЗАХИСНА ДІЯ МОЛЕКУЛЯРНИХ АДСОРБУЮЧИХ ШАРІВ
 Підвищення стійкості дисперсних систем
під впливом ПАР називають колоїдним
захистом або стабілізацією колоїдів.

19. LOGO
3. Теорія ДЛФО

20. Теорія коагуляції ДЛФО
 Сучасна теорія коагуляції ДЛФО (розроблена у
1937–1941 р.р. вченими Дерягіним, Ландау,
Фервеєм та Овербеком) розглядає процес
коагуляції як результат спільної дії
молекулярної енергії притягання і
електростатичної енергії відштовхування.
Залежно від балансу цих енергій в тонкому шарі
рідини при зближенні колоїдних частинок
дисперсної фази виникає розклинюючий тиск
рідини, яка міститься між ними.

21. Зміна енергії взаємодії між двома частинками або
баланс сил відштовхування-притягування при їх зближенні

22. Сумарну енергію системи розраховують
де: Uвідш – енергія відштовхування;
Uприт – енергія притягування;
В – коефіцієнт сил відштовхування, який залежить від
значення електричних потенціалів ПЕШ, властивостей
середовища і температури;
х – величина, обернена товщині дифузійного шару ПЕШ;
h – відстань між частинками;
А – стала молекулярних сил притягування (стала Гамакера)

23.  На відстанях більше 100 нм частинки притягуються.
 На відстанях 10÷100 нм – близько товщини дифузійного
шару – крива лежить над віссю абсцис, утворюючи
енергетичний бар'єр.
 На відстанях 2÷10 нм переважають сили притягання,
має місце коагуляція.

24.  а – далекий потенціальний мінімум;
 б – відсутня або неглибока далека потенціальна яма;
 в – близький потенціальний мінімум.

25.  Згідно з теорією ДЛФО, при швидкій коагуляції
колоїдних систем електролітами можливі два
основні типи коагуляції:
 концентраційна та
 нейтралізаційна.
 Тип коагуляції залежить як від властивостей
золю, так і від типу електролітів, що вводяться
у систему.

26. Концентраційна коагуляція
 Концентраційна коагуляція спостерігається у
золів з високим φ–потенціалом, при
збільшенні концентрації індиферентного
електроліту в системі.

27. {m [ AgI ] n Ag+
(n-x)NO3
-
}x+
x NO3
-
Індиферентними електролітами для цього золю будуть
такі сполуки, як KNO3, NaNO3, Ca(NO3)2, Al(NO3)3.
{m[ AgI ]nAg+
(n-x)NO3
-
}x+
xNO3
-
+ y NO3
-
← ← ← ←
Збільшення іонної сили дисперсійного середовища
призводить до стиснення дифузного шару та переміщення
частини протиіонів у адсорбційний шар ПЕШ.
+ - 0 -

28. {m [ AgI ] n Ag+
n NO3
-
} 0
 При достатньому збільшенні концентрації
індиферентного електроліту може наступити
стан, при якому дифузійний шар зникне і
колоїдна частинка стане електронейтральною,
тобто настане ізоелектричний стан, при якому
ζ-потенціал дорівнює нулю, наступає коагуляція.

29. Поріг концентраційної коагуляції обернено
пропорційний шостій степені заряду іона
коагулятора:
6
z
const
cK =

30. Нейтралізаційна коагуляція
 Нейтралізаційна коагуляція відбувається
внаслідок зменшення φ-потенціалу твердої
поверхні і характерна для колоїдних систем із
слабо зарядженими частинками.

31. Правило Ейлера-Корфа
 Поріг нейтралізаційної коагуляції
обернено пропорційний квадрату
величини заряду іона-коагулятора.
2
z
const
cK =

32.  Нейтралізаційна коагуляція спостерігається при
додаванні K2S до колоїдного розчину AgI з позитивно
зарядженими частинками.
 Між коагулюючими аніонами S2-
та
потенціалвизначаючими іонами Ag+
відбувається реакція
з утворенням важкорозчинної сполуки Ag2S, що
приводить до руйнування міцели.
{m[ AgI ]nAg+
(n-x)NO3
-
}x+
xNO3
-
y S2-
+ 2y K+
↓
Ag2S↓ + KNO3

33. LOGO
4. Коагуляція
сумішами електролітів

34.  У випадку коагуляції золю сумішами електролітів
спостерігаються такі явища:
 Адитивність – 1;
 Антагонізм – 2;
 Синергізм – 3.

35. Адитивність (крива 1)
 Адитивність полягає в
тому, що електроліти діють
незалежно, відповідно
своїй коагулюючій
здатності та концентрації в
розчині.

36. Антагонізм (крива 2)
 Антагонізм електролітів
полягає в тому, що вони
ніби протидіють один
одному.

37. Синергізм (крива 3)
 Синергізмом називають
посилення коагулюючої дії
одного електроліту при
додаванні іншого.

38. LOGO
Дякую за увагу!