Свойства коллоидов и их характеристики

К коллоидам относят загрязнения воды с размером частиц a=10-7-10-9 м  (1-100 нанометров). Физически коллоидные частиц представляют собой агрегаты из многих тысяч (десятков или даже сотен) атомов или молекул. Коллоидные частицы не оседают, проходят через самые тонкие фильтры (кроме ультрафильтров). Вода с коллоидными загрязнениями прозрачна, но при освещении лучом света этот луч виден в воде в виде конуса Тиндаля, вследствие опалесценции. Вода с коллоидными загрязнениями образует коллоидную систему  гидрозоль), для коллоидных частиц характерны следующие свойства коллоидов:

Свойства коллоидов

1.Большая удельная поверхность, вследствие малого размера частиц.

Удельная поверхность представляет собой отношение площади поверхности частиц к их объему или массе:

здесь: SУД – удельная поверхность;

S – площадь поверхности частиц, S~a2;

V – объем частиц, V~a3;

m – масса частиц;

? – плотность частиц;

a – размер частиц.

Для коллоидных частиц SУД=60 – 6000 м2/г. Очевидно, что удельная поверхность обратно пропорциональна размеру частиц.

2.Высокая поверхностная энергия, обусловленная большой удельной поверхностью и определяемая соотношением

G=?SУД

где G – поверхностная энергия;

? – поверхностное натяжение жидкости на границе раздела фаз.

Эта энергия появляется из-за нескомпенсированности связей между атомами, молекулами или ионами в поверхностных слоях частиц (рис.1). Она влияет на такие поверхностные явления как адгезия, смачивание, адсорбция и т.д. 

Рис.1. Схема возникновения поверхностной энергии.

3.По степени взаимодействия с водой различают гидрофобные и гидрофильные коллоиды.

Вещество частиц гидрофобных коллоидов практически не взаимодействует с водой. Энергия связи между молекулами, атомами или ионами в частице значительно больше, чем силы взаимодействия с молекулами воды. Частицы таких коллоидов способны адсорбировать из воды различные ее примеси. К гидрофобным коллоидным системам относят гидроксиды металлов, суспензии тонкодисперсных твердых частиц в воде, эмульсии масел в воде. Эти системы неустойчивы.

В гидрофильных коллоидах вещество частиц интенсивно взаимодействует с водой и подвергается гидратации, образуя с ней трудноразделимый комплекс. К гидрофильным коллоидным системам относятся растворы высокомолекулярных соединений – белков, крахмала, мыла, почвенного гумуса, а также суспензия тонкодисперсной глины. Эти системы очень устойчивы.

4.Наличие свободной поверхностной энергии обусловливает термодинамическую неустойчивость коллоидных систем, поскольку любая система стремится к состоянию с минимальной энергией. Чтобы уменьшить поверхностную энергию частицы должны объединяться в более крупные агрегаты, которые имеют меньшую удельную поверхность, поскольку SУД~1/а . Это приводит к изменению размера частиц, что свидетельствует об агрегативной неустойчивости коллоидной системы.

5.Коллоидные частицы находятся в непрерывном тепловом (броуновском) движении вследствие столкновений с молекулами воды или ионами примесей, находящимися в тепловом движении. Броуновское движение характерно для частиц размером менее 5 микрометров. Благодаря ему частицы не осаждаются из воды. Наличие теплового движения обусловливает кинетическую устойчивость коллоидных систем.

6. В воде у коллоидных частиц возникает электрический заряд. Однородные частицы обладают зарядом одного знака и отталкиваются друг от друга. Это значительно увеличивает устойчивость коллоидных систем.

Возникновение электрического заряда считается основной причиной устойчивости гидрофобных коллоидных систем и поэтому, нуждается в более подробном рассмотрении.

Свойства коллоидов и их характеристики – статья на сайте “студент-строитель.ру”