Particule coloidale au o structură complexă. Sunt formați din nuclee și ioni adsorbiți și atrași. Să luăm în considerare structura unei particule de acid silicic coloidal, care s-a format ca urmare a interacțiunii soluțiilor foarte diluate de silicat de sodiu și acid clorhidric (Na2 Si03 + 2HCl = H2 Si03 + 2NaCl). Dacă Na2 Si03 este în exces, atunci acidul silicic nu precipită, dar se formează o soluție coloidală transparentă de H2 Si03. Miezul unei particule coloidale este neutru; este format din m molecule H2Si03. n Ionii Si03 2- sunt adsorbiți pe suprafața miezului aceștia sunt ioni determinanți de potențial, deoarece determină sarcina particulei soluției coloidale.

Ionii adsorbiți care determină potențialul atrag ionii de semn opus față de soluție - contraionii. În acest caz, aceștia sunt ioni Na+, iar o parte din ei 2(n - x) este adsorbită pe particule. Ionii Si03 2- adsorbiți împreună cu contraionii Na+ formează un strat de adsorbție. Cealaltă parte a contraionilor 2xNa+ este în fază lichidă și formează un strat difuz mobil.

Miezul împreună cu stratul de adsorbție se numește granulă.

În exemplul nostru, granula este încărcată negativ, deoarece adsorbția ionilor Si03 2- are loc mai puternic decât ionii Na-.

Particula coloidală, împreună cu contraionii stratului de difuzie, se numește micelă. Aceasta este o particulă separată a unei soluții coloidale.

Micela (particulă coloidală)

Coagulare(lat. coagulare- coagulare, îngroșare, mărire) - combinația de particule mici dispersate în agregate mai mari.

Coagularea este un complex de interacțiuni chimice și fizice între particulele coloidale încărcate negativ și cationi, de exemplu. reactivi chimici încărcați pozitiv. Utilizează diverse forțe de repulsie și atracție, care asigură stabilitate sau, dimpotrivă, instabilitate suspensiei coloidale și anume:

• forțe de repulsie electrostatică
• Mișcarea browniană
• Forțele gravitaționale Van der Waals
• forța gravitației universale

Coagularea destabiliza suspensia coloidală prin două mecanisme diferite:

1. Neutralizarea sarcinii

Coagulantele încărcate pozitiv neutralizează sarcina negativă din jurul particulelor coloidale. Când sarcina din jurul fiecărei particule este neutralizată, acestea se apropie treptat, scăzând raza lor efectivă și în cele din urmă devin instabile și se pot ciocni unele cu altele. Când se ciocnesc, particulele sunt conectate între ele datorită legăturilor de hidrogen sau, de exemplu, forțelor van der Waals, formând mase mari sau fulgi. Energia de agitare aplicată în procesul de curățare crește numărul și frecvența acestor ciocniri de particule, crescând aglomerația solidă și favorizând formarea de floc.

2. Legături chimice

Formarea flocurilor este facilitată de natura polimerică a coagulanților. Lanțurile lor moleculare lungi preiau particule aglomerate și formează punți de la o suprafață la alta, legând împreună fulgii individuali în mase mari, ușor de îndepărtat.

regula Schulze-Hardy.

Capacitatea de coagulare a unui ion de coagulare crește odată cu creșterea sarcinii sale (regula lui Schulze).

Se numește capacitatea sistemelor dispersate de a menține un anumit grad de dispersiestabilitate agregativă.

Particule faza dispersată rezistă lipirii împreună datorită mecanismelor diferite. Această capacitate se datorează, în primul rând, formării unui strat electric dublu pe suprafața particulelor fazei dispersate, care asigură stabilizarea electrică a sistemului dispersat. În al doilea rând, funcționează mecanismul de stabilizare a adsorbției moleculare, care constă în formarea în jur particulele straturilor de adsorbție formate din molecule ale mediului dispersat și substanțe dizolvate în acesta. În al treilea rând, există un factor cinetic de stabilitate - o frecvență scăzută a coliziunilor particulelor dispersate.

Solii (soluțiile coloidale) diferă de sistemele grosier dispersate și moleculare prin instabilitatea lor agregativă, așa că se modifică atât în ​​timp, cât și cu adăugarea de diferite substanțe.

Esența mecanismului de purificare a apei din particulele coloidale în suspensie este de a perturba starea de echilibru a sistemului - eliminând echilibrul de forțe care nu permit particulelor să se depună.

Pentru a atinge acest scop, se folosește procesul de coagulare a impurităților coloidale (pur și simplu - coagularea apei).

Coagulare - procesul de lipire a coloizilor în agregate mai mari, care are loc ca urmare a ciocnirilor lor în timpul mișcării browniene, amestecarea sau mișcarea dirijată într-un câmp de forță extern sau adăugarea de coagulanți. În acest caz, se formează un sediment - coagulează.

Coagulantele (de obicei săruri solubile de fier sau aluminiu) intensifică procesul de coagulare. Introducerea acestor substanțe în apă favorizează formarea unei faze noi, ușor solubile (ca urmare a hidrolizei - interacțiunea unei substanțe cu apa). Astfel, procesul de coagulare constă în mărirea progresivă a particulelor și scăderea numărului acestora în volumul mediului de dispersie.

Coagularea poate fi lentă sau rapidă. Cu coagularea lentă, doar o mică parte din ciocnirile particulelor de coloid le fac să se lipească împreună, iar coagulul nu cade. Cu coagularea rapidă, fiecare coliziune este eficientă și face ca particulele să se lipească între ele, iar în soluția coloidală se formează treptat un precipitat.

Concentrația minimă a substanței dozate (electrolită sau neelectrolită) care inițiază procesul de coagulare într-un sistem cu mediu de dispersie lichid se numește pragul de coagulare. În anumite condiții, coagularea este reversibilă. Procesul de transformare a coagulului înapoi în sol se numește peptizare, iar substanțele care provoacă acest proces se numesc peptizers. Peptizatorii, fiind stabilizatori ai sistemelor dispersate, sunt adsorbiți pe suprafața particulelor, slăbind interacțiunea dintre ele, având ca rezultat dezintegrarea agregatelor. Revenirea la starea primară este eficientă în special atunci când în mediu sunt introduși agenți tensioactivi, care reduc energia interfațală de suprafață și facilitează dispersia.

Coagularea folosind săruri de fier

Să luăm în considerare ce procese apar atunci când sulfatul de fier (III) este adăugat la o soluție coloidală. Acest coagulant în soluție apoasă se disociază în ioni de fier și ion sulfat:

Fe 2 (SO 4) 3 → 2 Fe 3+ + 3 SO 4 2-

Fe 3+ + H 2 O ↔ Fe(OH) 2+ + H +

Fe(OH) 2+ + H 2 O ↔ Fe(OH) 2 + + H +

Fe(OH) 2 + + H 2 O ↔ Fe(OH) 3 ↓ + H +

Fe 3+ + 3H 2 O ↔ Fe(OH) 3 ↓ + 3H +

Micela - unitate structurală liofob (interacționează slab cu lichidul) coloizi care nu au o compoziție specifică. Schematic, structura sa folosind exemplul unei micele de hidroxid de fier (III) poate fi descrisă prin diagramă:

(mFe(OH) 3 2nFe(OH) 2+ (2n - x) SO 4 2- )2x+ xSO 4 2-

Un microcristal de hidroxid de fier, care formează o particulă coloidală (vezi figura), adsorb selectiv din mediu ioni identici cu ionii rețelei sale cristaline. În funcție de compoziția chimică a soluției (ioni de sulfat în exces sau ioni de fier în exces), microcristalul capătă o sarcină negativă sau pozitivă. Un astfel de cristal încărcat se numește miez micelar, iar ionii care determină potențialul îi transmit această sarcină.

Câmpul electric al suprafeței încărcate a cristalului atrage din soluție contraionii - ioni care poartă o sarcină opusă. La interfața de fază se formează un strat dublu electric, a cărui grosime este determinată de limita exterioară a norului de contraion.

Stratul dublu electric este format din părți de adsorbție și difuze. Stratul de adsorbție include ioni care formează potențial și o parte din contraionii adsorbiți pe suprafața miezului. Stratul difuz este completat de contraionii rămași într-o cantitate care contribuie la neutralitatea electrică a micelei.

Stratul electric dublu care înconjoară coloizii, sub influența coagulanților (electroliți), este reconstruit: contraionii încep să fie forțați să iasă din partea difuză către partea de adsorbție, iar grosimea întregului strat electric scade în timp până la grosimea strat de adsorbție. Particulele dispersate cad într-o zonă de atracție reciprocă și are loc o coagulare rapidă.

Coagularea folosind săruri de aluminiu

Cel mai adesea, hidratul cristalin de sulfat de aluminiu 18 apos - Al 2 (SO 4) 3 - este utilizat pentru purificarea apei prin coagulare la stațiile de tratare a apei menajere și la piscine. 18H2O.

Procesele care apar atunci când se adaugă săruri de aluminiu în apă sunt similare cu cele descrise mai sus atunci când se adaugă săruri de fier:

Al3+ + H2O ↔ Al(OH)2+ + H +

Al(OH)2+ + H2O ↔ Al(OH)2 + + H +

Al(OH) 2 + + H 2 O ↔ Al(OH) 3 ↓ + H +

Ecuația globală a hidrolizei este:

Al 3+ + 3H 2 O ↔ Al(OH) 3 ↓ + 3H +

Formarea precipitatului de hidroxid de aluminiu are loc la valori ale pH-ului cuprinse între 5 și 7,5. La pH< 5 осадок не образуется. При рН >8.5, hidroxidul de aluminiu rezultat se dizolvă pentru a forma aluminați.

Al2(SO4)3 + 6NaOH = 2Al(OH)3↓ + 3 Na2SO4

Al(OH)3 + NaOH = Na sau (NaAlO2. 2H2O)

Coagulante moderne

Coagulantele pe bază de polioxiclorură de aluminiu devin din ce în ce mai frecvente în procesele de tratare a apei și de tratare a apelor uzate.

Avantajele acestor coagulanți în comparație cu sulfatul de aluminiu:

Livrare sub formă de soluții, ceea ce face utilizarea lor mai convenabilă (nu este nevoie să se dizolve);

Procent mai mare de substanță activă;

Obținerea apei purificate de calitate superioară;

Reducerea volumului deșeurilor secundare;

Conținut scăzut de aluminiu rezidual (< 0,2 мг/л);

Nu este necesară ajustarea pH-ului;

Gamă largă de temperatură de funcționare.

Caracteristicile tehnice ale unor astfel de coagulanți produși de SA AURAT:

Coagularea contactului

Una dintre opțiunile de curățare prin metoda coagulării este coagularea prin contact. Coagularea contactului are loc pe boabele de încărcare a filtrelor de presiune verticale de curățare mecanică. În acest caz, coagulantul este introdus direct în fața filtrului mecanic. Granulele de încărcare și particulele adsorbite pe ele servesc drept centre de coagulare. Procesul de floculare în acest caz este accelerat semnificativ.

Procesul de coagulare se desfășoară cu o viteză mai mare iar absența necesității rezervoarelor de decantare pentru formarea și sedimentarea fulgilor de nămol sunt avantajele neîndoielnice ale coagulării prin contact.

Dezavantajele coagulării prin contact includ contaminarea accelerată a filtrelor de presiune și necesitatea regenerării frecvente a încărcăturii, precum și pericolul de scurgere a reactivului în cazul selecției incorecte a modului de coagulare/filtrare.

Pentru a verifica dacă se efectuează sau nu coagularea prin contact, apa după filtrele mecanice este verificată pentru conținutul de coagulant.

Stimati domni, daca aveti nevoie sa implementati purificarea apei folosind coagulanti pentru a aduce calitatea apei la anumite standarde, va rugam sa adresati o solicitare specialistilor companiei. Waterman. Vom dezvolta pentru tine schema tehnologica optima pentru purificarea apei.

Soluțiile coloidale liofobe, ca sisteme instabile termodinamic, se pot prăbuși spontan sau sub influența influențelor externe. Distrugerea soluțiilor coloidale începe cu coagularea lor.

Coagulare este procesul de agregare a particulelor coloidale cu formarea de agregate mai mari din cauza pierderii stabilității agregative de către soluția coloidală.

Ca rezultat al coagulării, particulele lărgite ale fazei dispersate se sedimentează ușor și are loc stratificarea sistemului. Astfel, cauza coagulării este pierderea stabilității agregative a soluției coloidale, iar consecința coagulării este o scădere a stabilității sale de sedimentare.

În practică, coagularea poate fi cauzată de diverse influențe externe: adăugarea unor cantități mici de electrolit, concentrarea unei soluții coloidale, modificarea temperaturii, expunerea la ultrasunete, câmp electromagnetic etc.

Fenomenul de coagulare stă la baza multor procese patologice care apar în sistemele vii. Coagularea soluțiilor coloidale de fosfat de calciu și colesterol din sânge duce la formarea de sedimente și depunerea lor pe suprafața interioară a vaselor de sânge (modificări aterosclerotice în vasele de sânge).

Coagularea are loc în timpul procesului de coagulare a sângelui. Coagularea sângelui joacă două roluri opuse în organism: pe de o parte, reduce pierderea de sânge atunci când țesutul este deteriorat, pe de altă parte, determină formarea de cheaguri de sânge în sistemul circulator. Coagularea sângelui este un proces enzimatic foarte complex. În același timp, în sânge funcționează un sistem anticoagulant, a cărui bază este heparina, un anticoagulant din sânge.

La conservarea acestuia trebuie luată în considerare natura sângelui. Deoarece cationii de calciu favorizează coagularea sângelui, aceștia sunt îndepărtați din sângele destinat conservării prin diferite metode fizico-chimice. De exemplu, adăugarea de citrat de sodiu precipită calciul, după care sângele este păstrat la frigider, rămânând potrivit pentru transfuzie timp de 30 de zile. Sângele întreg poate fi decalcificat și prin schimb de ioni folosind schimbătoare de cationi Na.

Coagularea sub influența electroliților. În sistemele biologice, coagularea are cea mai mare importanță practică atunci când se adaugă cantități mici de electrolit, deoarece soluțiile coloidale ale celulelor și fluidele biologice sunt în contact cu electroliții. Orice electrolit poate provoca coagularea unei soluții coloidale. Cu toate acestea, fiecare electrolit necesită propria sa concentrație minimă, numită pragul de coagulare (C pc).

Pragul de coagulare este cantitatea minimă de electrolit care trebuie adăugată într-o soluție coloidală pentru a provoca o coagulare evidentă (observabilă la ochi) - tulburarea soluției sau schimbarea culorii acesteia. Pragul de coagulare poate fi calculat folosind formula:

unde Sel este concentrația inițială a soluției de electrolit; Vel este volumul de soluție de electrolit adăugat la soluția coloidală; Vкp este volumul soluției coloidale.

Se numește inversul pragului de coagulare efect de coagulare(y): y=1/Spk

Efectul de coagulare al electroliților asupra soluțiilor coloidale cu un stabilizator ionic este supus regula Schulze-Hardy: coagularea soluțiilor coloidale este cauzată de orice ioni care au un semn de sarcină opus sarcinii granulelor. Cu cât este mai mare sarcina ionului coagulant, cu atât efectul de coagulare al ionilor (y) este mai puternic.

Efectul de coagulare al unui ion coagulant este direct proporțional cu sarcina acestuia cu cea de-a șasea putere: y = f(z 6). De exemplu, coagularea unui sol AgI cu granule încărcate negativ (ioni determinanți potențial - anioni I -) are loc datorită acțiunii ionilor încărcați pozitiv. Prin urmare, atunci când la acest sol se adaugă soluții de NaCl, CaCl 2, AlCl 3, efectul de coagulare al cationilor Na +, Ca 2+, Al 3+ va crește brusc; y(Na+):y(Ca2+):y(Al3+) = 1:64:729. Coagularea solului AgI cu granule încărcate pozitiv (ioni determinanți potențial-cationi Ag +), dimpotrivă, are loc datorită ionilor încărcați negativ. Adăugarea soluțiilor de KCl, K 2 SO 4 , K 3 la sol va determina o creștere a efectului de coagulare al anionilor în următoarea ordine: y(Cl -):y(SO 4 (2-)):y 3- = 1:64:729.

Există abateri de la regula Schulze-Hardy, deoarece efectul de coagulare al unui ion, pe lângă sarcină, este influențat de raza ionului de coagulare, precum și de natura ionului care însoțește ionul de coagulare.

Influența puternică a electrolitului asupra coagulării soluțiilor coloidale trebuie luată în considerare la introducerea soluțiilor de sare în organismele vii. În acest caz, nu numai concentrația, ci și sarcina ionilor introduși este importantă. Astfel, o soluție fiziologică de clorură de sodiu (0,9%) nu poate fi înlocuită cu o soluție izotonă de sulfat de magneziu, deoarece această sare conține ioni dublu încărcați Mg 2+ și SO 4 (2-), care au un efect de coagulare mai mare decât Na + și ionii Cl-.

Atunci când injectați un electrolit în țesutul muscular sau în sângele uman, este necesar să îl injectați treptat, încet, pentru a nu provoca coagularea sistemelor biologice coloide. Administrarea rapidă a unui electrolit, datorită ratei scăzute de difuzie în sânge sau în țesutul muscular, duce la acumularea electrolitului, un exces local (local) al concentrației sale de prag și determină coagularea biosubstratelor, care este greu de oprit. Cu administrare lentă, electrolitul are timp să fie transportat cu fluxul sanguin și să difuzeze în țesuturile învecinate, astfel încât concentrația de prag nu este atinsă și nu are loc coagularea. Acest fenomen în țesuturile vii se numește „dependenta”.

Mecanismul de coagulare. Rolul electroliților în timpul coagulării este de a reduce presiunea de separare dintre particulele coloidale care se apropie. Acest lucru se poate întâmpla în două moduri: prin reducerea sarcinii de suprafață a fazei solide (sarcina de suprafață a miezului), adică. datorită scăderii potențialului interfacial Фмф, sau datorită scăderii grosimii (compresiei) atmosferelor ionice ale micelilor, în timp ce încărcătura de suprafață a nucleelor ​​lor rămâne neschimbată. În acest sens, sunt posibile două tipuri de coagulare: neutralizarea și concentrarea.

Coagulare de neutralizare apare sub influența unui electrolit, care interacționează chimic cu ionii care determină potențialul, legându-i într-un compus puternic (de exemplu, precipitându-i) și reducând astfel sarcina de pe suprafața nucleului. Coagularea de neutralizare se observă, de exemplu, când se adaugă K 2 S la o soluție coloidală de AgI cu granule încărcate pozitiv (ioni determinanți potențial - Ag + cationi). Are loc o reacție între anionii de coagulare S 2- și cationii Ag + determinanți de potențial cu formarea compusului slab solubil Ag 2 S, care duce la distrugerea micelului AgI:

Ca urmare a legării cationilor Ag+ determinanți de potențial, potențialul interfacial F mf scade și numărul de contraioni NO 3 (-) necesari pentru a compensa sarcina de pe suprafața nucleului scade. Astfel, atmosferele ionice din jurul nucleelor ​​devin mai subțiri, presiunea de separare dintre particulele care se apropie scade și acest lucru duce, la rândul său, la lipirea lor împreună în agregate mai mari.

Coagularea concentrației are loc sub influența unui electrolit, care nu interacționează chimic cu ionii stabilizatori și nu modifică sarcina de suprafață a miezului micelului. Totuși, în acest caz, efectul de coagulare este exercitat de acei ioni ai electrolitului adăugat, care sunt contraioni pentru aceste micelii, deoarece prin creșterea concentrației lor pătrund în granulă, comprimând (densificând) atmosfera ionică a micelului din jurul miezului. . Coagularea concentrației are loc la un potențial interfacial constant Ф mf, dar este de obicei însoțită de o scădere a potențialului ζ. Coagularea concentrației se observă, de exemplu, atunci când se adaugă nitrați la o soluție coloidală de AgI, ale cărei micelii conțin contraioni NO 3 (-):

Pe măsură ce concentrația de ioni NO 3 (-) adăugați crește, aceștia favorizează introducerea de contraioni ai stratului difuz în stratul de adsorbție. În acest caz, stratul difuz este comprimat și poate apărea o stare în care stratul difuz dispare complet și granula devine neutră din punct de vedere electric. În această stare, presiunea de separare dintre particulele care se apropie este minimă și aceasta duce la lipirea particulelor în agregate mai mari.

Deoarece sarcina granulelor în aceste condiții este 0, într-un câmp electric ele nu dobândesc mișcare direcțională către electrozi, deoarece granula este în stare izoelectrică.

Starea izoelectrică este starea particulelor coloidale în care potențialul electrocinetic ζ este egal cu 0 și care se caracterizează prin absența mișcării direcționale a granulelor într-un câmp electric.

În starea de agregare stabilă a soluției coloidale, valoarea fluctuează între 50-70 mV. Când potențialul ζ scade sub influența unui electrolit la 25-30 mV, nu se observă modificări externe (turbiditate sau modificări de culoare) în sistem, deoarece viteza de coagulare este încă foarte scăzută, drept urmare această etapă ( I) de coagulare se numește coagulare „latentă” (Fig. .6.10). Adăugarea suplimentară de electrolit deasupra Spk determină o comprimare și mai mare a stratului difuz și o scădere a potențialului ζ, care este însoțită de turbiditatea soluției și începe coagularea „explicită”. Inițial, viteza de coagulare crește rapid (etapa II), apoi devine constantă când valoarea potențialului ζ devine zero și începe etapa de coagulare rapidă (III).

Coagularea cu amestecuri de electroliți.În practică, coagularea este adesea cauzată de acțiunea unui amestec de electroliți. În acest caz, există trei opțiuni posibile de interacțiune între electroliți: acțiune aditivă, antagonism și sinergie.

Orez. 6.10. Efectul concentrației electroliților asupra vitezei de coagulare

Aditivitate- aceasta este însumarea efectului de coagulare al ionilor care provoacă coagularea.

Efectul aditiv apare în cazurile în care electroliții care conțin ioni de coagulare nu reacționează chimic între ei. De exemplu, un amestec de săruri KCl și NaNO3 prezintă un efect aditiv în raport cu soluțiile coloidale cu granule încărcate atât negativ, cât și pozitiv. În primul caz, coagularea este cauzată de cationii K + și Na +, în al doilea - de anionii Cl - și NO 3 (-).

Antagonism- aceasta este o slăbire a efectului de coagulare al unui electrolit în prezența altuia.

Pb2+ + 2Cl - = PbCl2↓

Antagonismul de acțiune se observă în cazurile în care, ca urmare a unei reacții chimice între electroliți, ionii de coagulare sunt legați într-un compus insolubil (precipitat) sau într-un complex stabil care nu are capacitate de coagulare. De exemplu, efectul de coagulare al cationilor Pb 2+ în raport cu granulele încărcate negativ este slăbit în prezența NaCl, deoarece are loc o reacție în urma căreia concentrația ionilor de Pb 2+ coagulanți în soluție scade din cauza precipitației. de PbCl2:

Sinergie- aceasta este o creștere a efectului de coagulare al unui electrolit în prezența altuia.

Acțiunea sinergică este posibilă atunci când are loc o interacțiune chimică între electroliți, având ca rezultat formarea unui ion cu încărcare multiplă cu o capacitate de coagulare foarte mare. De exemplu, efectul de coagulare al FeCl 3 și KCNS în raport cu granulele încărcate pozitiv (ionii de coagulare Cl (-) și CNS -) este îmbunătățit de multe ori, deoarece are loc o reacție care are ca rezultat formarea de anioni 3- încărcați multiplă care prezintă capacitate mare de coagulare:

FeCl3 + 6KCNS → K3 + 3KCl

Atunci când se utilizează electroliți în laborator și în practica medicală, trebuie întotdeauna luată în considerare posibilitatea coagulării în medii biologice. Astfel, atunci când introduceți diferite substanțe medicinale în organism (sub formă de injecții), trebuie mai întâi să vă asigurați că aceste substanțe nu sunt sinergice pentru a evita o posibilă coagulare. Pe de altă parte, la purificarea apelor industriale, antagonismul electroliților introduși, care previne distrugerea contaminanților coloidali, poate fi dăunător.

În apele naturale, precum și în apele uzate industriale, coagularea are loc adesea ca urmare a amestecării sistemelor dispersate care conțin particule diferite. Heterocoagulare numită coagulare a soluțiilor coloidale care conțin particule diferite care diferă prin natura chimică, semnul sau mărimea sarcinii.

Un caz special de heterocoagulare este coagularea reciprocă- aderența granulelor de soluții coloidale încărcate diferit. În acest caz, coagularea are loc mai complet, cu atât mai complet încărcăturile granulelor sunt neutralizate.

Heterocoagularea este utilizată pe scară largă în practică în legătură cu problema epurării apelor naturale și industriale. Sărurile de aluminiu sau fier (3), care sunt buni coagulanți, se adaugă în apa care conține impurități coloidale. Ca rezultat al hidrolizei, aceste săruri dau hidroxizi Al(OH)3 sau Fe(OH)3 slab solubili, formând soluții coloidale cu granule încărcate pozitiv. Ca urmare, are loc coagularea, însoțită de formarea de fulgi din micelii eterogene agregate, care precipită.

În timpul procesului de coagulare, asociat cu pierderea stabilității agregative, are loc distrugerea soluției coloidale, însoțită de precipitarea unui precipitat - coagulat. Cu toate acestea, dacă stabilitatea agregativă este restabilită în coagul, atunci poate apărea procesul invers - peptizarea.

Peptizare numit procesul invers de coagulare - transformarea sedimentului format ca urmare a coagulării într-o soluție coloidală stabilă.

Peptizarea poate fi efectuată în două moduri, fiecare dintre acestea conducând la o creștere a stabilității agregative datorită restabilirii atmosferelor ionice destul de libere în micelii:

· spălarea coagulatului cu un solvent pur (mediu de dispersie), ceea ce duce la spălarea sistemului de ioni care a provocat coagularea și slăbirea atmosferelor ionice din jurul particulelor;

· prin adăugarea unui electrolit-peptidator special, ai cărui ioni, adsorbiți pe suprafața particulelor coagulate, refac atmosfera ionică liberă din jurul acestor particule și contribuie la trecerea lor la o stare coloidală.

Cu toate acestea, nu orice precipitat obținut în timpul coagulării poate fi peptizat. Cele mai importante condiții pentru o peptizare eficientă sunt următoarele:

· numai sedimentele proaspăt obținute sunt capabile de peptizare, deoarece o creștere a duratei de contact a particulelor fazei dispersate între ele duce la o compactare treptată a sedimentului și la deplasarea fazei lichide din structura acestuia;

· este necesar să se adauge mici cantități de electrolit-peptizer, altfel poate apărea din nou coagularea;

· Peptizarea este promovată prin agitare și încălzire.

Procesul de peptizare stă la baza tratamentului unui număr de modificări patologice în corpul uman: resorbția plăcilor aterosclerotice de pe pereții vaselor de sânge, pietre la rinichi și ficat sau cheaguri de sânge în vasele de sânge sub influența anticoagulantelor. În acest caz, este necesar să se țină seama de introducerea în timp util a substanțelor medicinale (anticoagulante) în sânge: cheaguri de sânge vechi în vasele de sânge, precum și pietrele întărite, practic nu sunt peptizate, adică. nu se dizolva.

6.9. Sisteme grosier dispersate: suspensii, emulsii, aerosoli

Sistemele cu dispersie grosieră sunt împărțite în trei grupe: emulsii, suspensii și aerosoli.

Emulsii– acestea sunt sisteme dispersate cu un mediu de dispersie lichid și o fază lichidă dispersată.

Ele pot fi, de asemenea, împărțite în două grupe:

1. direct – picături dintr-un lichid nepolar într-un mediu polar (ulei în apă);

2. invers (apa in ulei).

Modificările în compoziția emulsiilor sau influențele externe pot duce la transformarea unei emulsii directe într-o emulsie inversă și invers. Exemple dintre cele mai cunoscute emulsii naturale sunt laptele (emulsie directă) și uleiul (emulsie inversă). O emulsie biologică tipică sunt picăturile de grăsime în limfă. În tehnologia chimică, polimerizarea în emulsie este utilizată pe scară largă ca metodă principală de producere a cauciucurilor, polistirenului, acetatului de polivinil etc.

Suspensii– acestea sunt sisteme grosiere cu o fază solidă dispersată și un mediu lichid de dispersie.

Un grup special este format din sisteme dispersate grosier, în care concentrația fazei dispersate este relativ mare în comparație cu concentrația sa scăzută în suspensii. Astfel de sisteme dispersate se numesc paste. De exemplu, dentare, cosmetică, igienă etc., care vă sunt bine cunoscute din viața de zi cu zi.

Aerosoli– sunt sisteme cu dispersie grosieră în care mediul de dispersie este aerul, iar faza dispersată poate fi picături lichide (nori, curcubee, fixativ sau deodorant eliberat dintr-o cutie) sau particule dintr-o substanță solidă (nor de praf, tornadă).

Sistemele coloidale ocupă o poziție intermediară între sistemele grosiere și soluțiile adevărate. Sunt răspândite în natură. Solul, argila, apele naturale, multe minerale, inclusiv unele pietre prețioase, sunt toate sisteme coloidale.
Sistemele coloidale sunt de mare importanță pentru biologie și medicină. Compoziția oricărui organism viu include substanțe solide, lichide și gazoase care se află într-o relație complexă cu mediul. Din punct de vedere chimic, corpul în ansamblu este o colecție complexă de multe sisteme coloidale.

Sistemele coloidale sunt împărțite în soluri (soluții coloidale) și geluri (jeleu).

Majoritatea fluidelor biologice ale unei celule (citoplasmă, suc nuclear - carioplasmă, conținut de vacuole) și organismul viu în ansamblu sunt soluții coloidale (soluri).

Pentru soluri Fenomenul de coagulare este caracteristic, adică. aderența particulelor coloidale și precipitarea lor. În acest caz, soluția coloidală se transformă într-o suspensie sau gel. Unii coloizi organici se coagulează la încălzire (albușuri de ou, adezivi) sau când mediul acido-bazic se modifică (sucuri digestive).

Geluri sunt sisteme coloidale în care particulele fazei dispersate formează o structură spațială.

Gelurile sunt sisteme dispersate pe care le întâlniți în viața de zi cu zi.

În timp, structura gelurilor este perturbată și lichidul este eliberat din ele. Se întâmplă sinereza– scaderea spontana a volumului gelului, insotita de separarea lichidului. Sinereza determină perioada de valabilitate a gelurilor alimentare, medicale și cosmetice. Sinereza biologică este foarte importantă atunci când se face brânza și brânza de vaci.

În aparență, soluțiile adevărate și coloidale sunt greu de distins unele de altele. Pentru a face acest lucru, utilizați Efectul Tyndall– formarea unui con de „căi luminoasă” atunci când un fascicul de lumină trece printr-o soluție coloidală. Particulele din faza dispersată a solului reflectă lumina cu suprafața lor, dar particulele din soluția adevărată nu. Puteți observa un efect similar, dar numai pentru un aerosol, mai degrabă decât pentru un coloid lichid, într-un cinema, când un fascicul de lumină de la o cameră de film trece prin aerul prăfuit al sălii.

6.10. Fenomene electrocinetice în sisteme disperse: electroforeză, electroosmoză

O sarcină electrică poate apărea pe orice suprafață solidă care este în contact cu un lichid. Valoarea sarcinii specifice este relativ mică: de exemplu, pentru argila la limita cu apa este de câteva zeci de miliculombi, deci suprafața unei bucăți de argilă cu greutatea de 1 kg, egală cu sutimi de metru pătrat, va avea o sarcină electrică neglijabilă. Particulele de argilă cu o masă totală de 1 kg creează o suprafață de milioane de ori mai mare decât o bucată solidă, ceea ce duce la o creștere bruscă a încărcăturii de suprafață. Apariția unei sarcini de suprafață semnificative este cauza unor fenomene electrocinetice speciale caracteristice numai sistemelor dispersate.

Fenomenele electrocinetice sunt cele care apar atunci când un câmp electric acționează asupra sistemelor dispersate și ca urmare a mișcării particulelor fazei dispersate sau a mediului de dispersie. În ciuda diferențelor dintre fenomenele electrocinetice, toate sunt asociate cu prezența unui strat electric dublu și sunt determinate de potențialul ζ, motiv pentru care se numește electrocinetice.

Un câmp electric extern provoacă astfel de fenomene electrocinetice ale sistemelor dispersate precum electroforeza și electroosmoza.

Electroforeză este mișcarea particulelor fazei dispersate în raport cu mediul de dispersie sub influența unui câmp electric. Schema de electroforeză este prezentată în Fig. 6.11, unde particula de fază dispersată este prezentată la o scară mărită pentru claritate. Când se aplică un câmp electric extern, particulele fazei dispersate încep să se deplaseze spre electrod, semnul sarcinii este opus semnului potențialului ζ; Direcția mișcării particulelor din figură este indicată de o săgeată.

Mișcarea particulelor în timpul electroforezei se datorează atracției sarcinilor diferite. Stratul difuz nu împiedică interacțiunea unor sarcini diferite. Contraionii din acest strat sunt mobili, distribuiti neuniform și nu sunt capabili să ecraneze efectul unui câmp electric extern asupra particulelor din faza dispersată. Mișcarea particulelor are loc de-a lungul limitei de alunecare.

În timpul electroforezei, simetria sferică a stratului difuz de contraioni este întreruptă și începe să se miște în direcția opusă mișcării particulelor. Fluxul de particule în direcția opusă în stratul difuz inhibă mișcarea particulelor. Acest efect se numește inhibiție electroforetică (săgeata scurtă din fig. 6.11).

Orez. 6.11. Schema de electroforeza:

În timpul electroforezei, particulele fazei dispersate se deplasează în direcția liniilor câmpului electric. Electroforeza este utilizată pentru obținerea de noi materiale, aplicarea de acoperiri, purificarea substanțelor de impurități și izolarea produselor. În medicină, electroforeza este utilizată pentru a administra medicamente. Un tampon umezit cu o soluție de medicament este plasat pe pielea pacientului, iar deasupra sunt plasați electrozi, cărora li se aplică un potențial scăzut, care este sigur pentru organism. În timpul acestei proceduri, particulele de medicament sunt transferate în țesuturile corpului uman sub influența unui câmp electric.

Electroosmoza se numeşte mişcarea unui mediu de dispersie sub influenţa unui câmp electric extern (fig. 6.12). Mișcarea mediului de dispersie este cauzată de atracția unor sarcini diferite. Apare adesea în capilare și în canalele corpurilor poroase. Când potențialul ζ este negativ, contraionii încărcați pozitiv din stratul difuz sunt atrași de electrodul negativ. Contraionii poartă cu ei lichidul care formează mediul de dispersie. Ca urmare a acestui fapt, are loc mișcarea lichidului, iar mișcarea mediului de dispersie lichid în raport cu particulele fazei dispersate, ca în cazul electroforezei, are loc de-a lungul limitei de alunecare.

Orez. 6.12. Circuitul de electroosmoză

1 - sistem dispers; 2 - compartimentare

Electroosmoza este utilizată, de exemplu, pentru deshidratarea lemnului și a altor materiale poroase: materiale de construcție, sol, alimente, materii prime pentru industria alimentară etc. Masa umedă este plasată între electrozi, și apă, în funcție de structura DEL, se mută la unul dintre ele și este colectat într-un container special.

Pentru a efectua electroforeza sau electroosmoza, este necesar un câmp electric extern, adică. mișcarea particulelor în timpul electroforezei sau a mediului în timpul electroosmozei este o consecință a influenței acestui câmp.

De remarcat faptul că fenomenul de electroforeză este caracteristic în principal soluțiilor coloidale (solurilor), adică. pentru sistemele în care dimensiunea particulelor fazei dispersate nu depășește 0,1 microni. Electroosmoza poate fi observată nu numai în raport cu soluțiile coloidale, care sunt sisteme foarte dispersate, ci și în raport cu sistemele medii și grosier dispersate.

Coagularea soluțiilor coloidale.

Coagulare

Sistemele coloidale au stabilitate diferită. Toate se străduiesc să reducă energia de suprafață liberă prin reducerea suprafeței specifice a particulelor coloidale, care apare atunci când acestea tind să se unească.

Suprafața specifică a acestor particule este foarte mare, motiv pentru care au un exces mare de energie de suprafață, ceea ce, la rândul său, duce la instabilitatea termodinamică a sistemelor coloidale.

Procesul de combinare a particulelor coloidale în agregate mai mari se numește coagulare.

Presiune de disjungere

Conform teoriei coagulării B.V. Deryagin și L.D. Landau, în timpul mișcării browniene, particulele coloidale se apropie liber între ele la o distanță de aproximativ 10 -5 cm, dar apropierea lor ulterioară este împiedicată de așa-numita presiune de disjuncție care apare în straturi subțiri de apă situate între două suprafețe.

Presiunea de separare este presiunea în exces (comparativ cu hidrostatică) care acționează dintr-un strat subțire de lichid pe suprafețele de delimitare.

În sol, este cauzată în principal de respingerea reciprocă a contraionilor stratului difuz al particulelor care se apropie și, în plus, de forțele de interacțiune moleculară dintre suprafețele acestor particule și moleculele de apă.

Modificări ale proprietăților apei în jurul particulelor coloidale

Sub influența câmpurilor electrostatice create de ionii localizați pe suprafața particulelor coloidale, moleculele de apă adiacente acestora devin mai polarizate și dispuse într-o manieră mai ordonată, ceea ce, în special, întărește legătura nu numai între aceste molecule de apă, ci și de asemenea între ele şi particulele coloidale.

Ca urmare, stratul de apă adiacent particulei capătă proprietăți speciale ( vâscozitate și elasticitate crescute), care împiedică combinarea particulelor.

Depășirea presiunii disjunctive

Dacă particulele au suficientă energie pentru a depăși presiunea de fixare, atunci la o distanță egală cu diametrul particulelor, adică aproximativ 10 -7 - 10 -8 cm, forțele de atracție intermoleculară încep să predomine, iar particulele se reunesc.

Doar un număr foarte mic de ciocniri duc la agregarea particulelor, motiv pentru care multe soluri sunt stabile. Dacă reduceți sarcina particulelor coloidale, atunci astfel de particule se vor coagula mai ușor și mai puternic.

Particulele coloidale a căror sarcină granulară este zero coagulează la cea mai mare viteză, adică. particule în stare izoelectrică.

Lipsa de încărcare pe granule înseamnă că particulele nu au contraioni în stratul de difuzie și, prin urmare, învelișul lor apos.

De asemenea, s-a dovedit că solurile polidisperse se coagulează mai repede decât solurile monodisperse și că forma particulelor contează pentru acest proces: particulele în formă de tijă se coagulează la cea mai mare viteză.

Dinamica procesului de coagulare

Când două particule de sol (așa-numitele particule de ordinul întâi) se formează unul mai mare particulă de ordinul doi, care se poate combina cu o altă particulă de ordinul întâi, formând particulă de ordinul trei, care atașează din nou o particulă de ordinul întâi și se transformă în particulă de ordinul al patrulea etc.

Calculele au arătat că îmbinarea particulelor de ordinul întâi are loc mai ușor decât îmbinarea particulelor de ordin superior.

Suma tuturor particulelor din cenușă în timpul coagulării scade continuu și dacă numărul particulelor inițiale este de ordinul întâi n1 scade tot timpul, apoi numărul de particule de ordinul doi n2 mai întâi crește și apoi scade. Puțin în urmă în timp n2 numărul de particule de ordinul trei crește n3, care, după ce a depășit maximul său, începe să cadă. În acest moment, numărul de particule de ordinul următor crește etc.

Sedimentarea particulelor

Ca urmare, când coagulare Se formează agregate libere de diferite dimensiuni, în care particulele sunt slab legate între ele.

Agregatele mari încep să se scufunde pe fundul vasului sub influența gravitației. Are loc un proces de sedimentare.

Sedimentare(sedimentare) - decantarea particulelor de fază dispersate într-un lichid sau gaz sub influența unui câmp gravitațional sau a forțelor centrifuge.

Viteza de sedimentare depinde de mărimea și densitatea particulelor, încărcătura acestora, vâscozitatea soluției etc.

Particulele în stare izoelectrică se depun mai repede, deoarece sarcina nu interferează cu coagularea și sedimentarea lor.

Utilizarea centrifugelor pentru sedimentare

Pentru a accelera procesul de sedimentare, acestea sunt utilizate pe scară largă centrifuge. Forța centrifugă generată de acestea face ca particulele să se depună mai repede. Cu un număr suficient de rotații, chiar și particule necoagulate pot fi depuse.

La temperatură constantă, vâscozitatea solventului, încărcătura de particule etc. rata depunerii lor depinde de diferențele de masă și dimensiune, datorită cărora greutatea moleculară a acestor particule poate fi calculată.

Cu ajutor ultracentrifugă, dezvoltând viteze de zeci de mii de rotații pe minut, au fost determinate greutățile moleculare ale multor proteine ​​și alți compuși organici.

Modificarea vitezei de coagulare

Adesea apare coagularea spontană a multor soluri încet. Poate fi accelerată prin creșterea vitezei de mișcare a particulelor. Acest lucru îi va ajuta să depășească presiunea disjunctivă.

Accelerația mișcării particulelor poate fi cauzată, de exemplu, creşterea temperaturii soluţiei. Creșterea concentrației de sol conduce, de asemenea, la o accelerare a coagulării sale, deoarece odată cu creșterea concentrației crește numărul de ciocniri efective între micelii.

Procesul de coagulare este foarte sensibil la adăugare electroliti.

Electrolit- o substanta care conduce curentul electric datorita disocierii in ioni. Exemplele de electroliți includ soluții apoase de acizi, săruri și baze etc.

Cantități mici de electroliți pot accelera dramatic rata de coagulare. În consecință, pe de o parte, electroliții sunt necesari pentru stabilizarea solurilor, iar pe de altă parte, adăugarea lor excesivă duce la coagularea solurilor. Influența diferiților electroliți asupra acestui proces este diferită.

Dependența coagulării de valoarea de încărcare a ionului electrolit

Efectul de coagulare al electroliților depinde de mărimea sarcinii ionului, care este opusă sarcinii particulei coloidale.

Se coagulează la cea mai mare viteză particule neutre din punct de vedere electric. Această stare a unei particule, încărcată înainte de începerea coagulării, de exemplu, în mod pozitiv, va deveni posibilă dacă toți contraionii stratului difuz, încărcați negativ, sunt mutați în stratul de adsorbție.

Cu cât concentrația de electrolit adăugat este mai mare, cu atât stratul de difuzie va fi mai comprimat, cu atât va deveni mai mic. ζ -potenţialul şi coagularea va merge mai repede.

A- înainte de a începe coagularea, granula este încărcată pozitiv;
B- granula a devenit neutră electric, coagularea se desfășoară la viteza maximă.

Cu o concentrație suficientă a electrolitului, aproape toți contraionii săi vor ajunge în stratul de adsorbție, iar sarcina particulei va scădea la zero. Absența unui strat difuz va determina o scădere semnificativă a presiunii de fixare și coagulare va merge cu viteza maxima.

Efectul de coagulare al ionilor crește brusc odată cu creșterea numărului de încărcări ale acestora într-o progresie care este luată aproximativ ca raportul dintre puterile a șasea a numărului de sarcini ionice: 1: 2 6: 3 6 etc.

În realitate, datorită influenței mai multor factori, acest raport se dovedește a fi mai mic.

Din datele din tabelele de mai jos rezultă că capacitatea de coagulare a ionilor încărcați dublu este de zeci de ori, iar cea a ionilor încărcați triplu este de sute de ori mai mare decât cea a ionilor încărcați unic.

Ca 2 S 3
Electrolit	Ioni de coagulare	Concentrație de prag coagulare mmol/l	Capacitate de coagulare comparat cu Na+

Influența diverșilor electroliți asupra coagulării solurilor Fe(OH) 3
Electrolit	Ioni de coagulare	Concentrație de prag coagulare mmol/l	Capacitate de coagulare comparat cu Na+

Capacitatile de coagulare ale acelorasi ioni in raport cu un alt sol vor avea valori diferite. Dar diferența dintre aceste valori nu va fi foarte mare. Prin urmare, este posibil să se aranjeze ionii încărcați egal serie liotropă, arătând ordinea în care capacitatea lor de coagulare scade pentru toate solurile încărcate opus.

Ioni pozitivi:

Cs + > Rb + > K + > Na + > Li +

Ba2+ > Sr2+ > Ca2+ > Mg2+

Ioni negativi:

Cl - > Br - > NO 3 - > I - > SNC -

Mecanismul acțiunii de coagulare a electroliților

Se pot distinge trei factori în mecanismul acțiunii de coagulare a electroliților.

1. Comprimarea stratului de difuzie.

Cu cât sarcina ionilor de coagulare este mai mare, cu atât aceștia comprimă mai mult stratul difuz de contraioni.

2. Adsorbția ionilor pe o particulă coloidală.

Pe particula coloidală are loc adsorbția selectivă a acelor ioni ai electrolitului adăugat care au o sarcină opusă granulei.

Cu cât sarcina ionilor este mai mare, cu atât ei sunt adsorbiți mai intens. Acumularea de ioni încărcați opus particulei care apare în stratul adsorbit este însoțită de un scăderea potențialului ζ prin urmare strat difuz. Și aceasta, la rândul său, crește viteza de coagulare.

3. Procesul de adsorbție prin schimb de ioni.

Pe lângă comprimarea stratului difuz și adsorbția ionilor, în timpul coagulării solurilor cu electroliți, are loc procesul de adsorbție prin schimb de ioni, în care contraionii stratului de adsorbție sunt schimbați cu ioni încărcați similar ai electrolitului adăugat.

Dacă taxa acestuia din urmă este mai mare decât cea a contraionilor, atunci o astfel de înlocuire duce la o semnificativă scăderea potențialului ζ.

Astfel, toate cele trei procese care reduc sarcina granulei și afectează coagularea sunt mai eficiente, cu atât sarcina ionului de coagulare este mai mare.

Acest lucru explică parțial diferența în efectul de coagulare al ionilor cu valori de încărcare diferite.

Principalul motiv pentru coagularea particulelor este scăderea presiunii de separare la un asemenea nivel încât încetează să împiedice unificarea particulelor.

Schimbarea polarității particulelor coloidale

Cu o creștere semnificativă a concentrației de ioni cu încărcare multiplă adăugați, aceștia pot fi adsorbiți pe particulele coloidale în cantități atât de mari încât granulele nu pot deveni numai neutre din punct de vedere electric, ci și, în general, schimba-ti polaritatea.

În acest caz, granulele capătă semnul încărcăturii ionilor adsorbiți în exces ai electrolitului adăugat și devin din nou durabil particule coloidale.

Deci, de exemplu, atunci când adăugați o cantitate mică de clorură ferică la un sol de platină FeCl3 se observă o scădere a sarcinii negative a particulelor de platină coloidală și coagularea acestora.

O creștere a cantității acestui electrolit duce la o modificare a polarității particulelor de platină, care capătă o sarcină pozitivă.

Cantitati si mai mari FeCl3 va avea din nou efect de coagulare.

Această alternanță a stărilor de neutralitate electrică și de încărcare a particulelor se numește alternarea zonelor de coagulare sau fenomenul rândurilor neregulate. Nu se observă cu toate solurile și nu cu toți electroliții.

Cinetica coagulării. Coagulare latentă și evidentă.

Dacă un electrolit este adăugat lent într-o soluție coloidală, atunci primele sale porțiuni nu afectează solul.

Pe măsură ce concentrația de electroliți crește, începe formarea de particule de ordin inferior (II, III etc.), care apare neobservată cu ochiul liber și, prin urmare, se numește coagulare ascunsă.

O creștere suplimentară a concentrației de electroliți duce la dezvoltarea progresivă a procesului de coagulare, o creștere a vitezei acestuia și este însoțită de apariția particulelor de ordin superior.

Solul suferă modificări vizibile: devine tulbure sau își schimbă culoarea. În acest caz, valoarea ζ -potenţialul de particule scade.

Această etapă a procesului se numește coagulare evidentă. Tranziția coagulării latente la coagularea deschisă se numește pragul de coagulare: corespunde concentrației prag de electrolit, i.e. concentrația minimă de electroliți care provoacă coagulare evidentă. (Această valoare este măsurată în milimoli pe litru de sol.)

În acel moment ζ - potențialul rămâne în continuare, dar de obicei nu depășește 30 mV și se numește potenţial ζ critic.

Cu toate acestea, modificarea valorii ζ -potenţialul nu corespunde întotdeauna procesului de coagulare a particulelor. Coagularea începe adesea la valori mari ζ -potential, iar uneori cu scaderea acestui potential, unele soluri chiar isi maresc stabilitatea.

Aceasta confirmă că ζ -potenţialul este un factor important, dar nu singurul determinant în stabilitatea particulelor coloidale.

Coagulare aparentă, la rândul său, este împărțit în două perioade:

1. Perioada de coagulare lenta.În această perioadă, orice creștere a concentrației de electroliți accelerează coagularea.

2. Perioada de coagulare rapidă.În timpul coagulării rapide, o creștere suplimentară a concentrației de electrolit nu mai afectează viteza acestuia, adică. coagularea se desfășoară cu viteza maximă.

Cu coagularea lentă, nu toate ciocnirile de particule coloidale din cenușă sunt eficiente, de exemplu. nu toate se termină în unirea particulelor, iar cu coagularea rapidă toate ciocnirile duc la unirea lor.

Se numește cea mai mică concentrație de electrolit care provoacă coagularea rapidă concentrația de coagulare sau pragul de coagulare rapidă.

În timpul coagulării, împreună cu scăderea numărului de particule și mărirea lor, o serie de proprietăți ale soluțiilor se modifică: viteza de difuzie și filtrare a particulelor scade, viteza de sedimentare crește, intensitatea luminii împrăștiate se modifică și la în același timp culoarea soluțiilor etc.

Coagularea cu amestecuri de electroliți

Există trei cazuri posibile de acțiune combinată a unui amestec de doi sau mai mulți electroliți pe o soluție coloidală:

1. Aditivitate - sumarea efectului de coagulare al electroliților,

2. Antagonism - un electrolit slăbește efectul altuia,

3. Sinergismul - un electrolit sporește efectul altuia.

Dacă luăm în considerare fiecare electrolit separat de ceilalți, atunci există o concentrație care va provoca coagularea rapidă a solului. Să considerăm că această cantitate de electrolit, care provoacă coagularea rapidă, este de 100% și acum să luăm în considerare munca în comun a doi electroliți diferiți.

Aditivitate

În cazul aditivității, o încercare de a realiza coagularea solului cu unul dintre electroliți la o concentrație mai mică de 100% va necesita adăugarea unei cantități adecvate din al doilea.

De exemplu, dacă se ia 70% din concentrația de coagulare, atunci al doilea va trebui să adauge 30% ( in total 100%).

Antagonism

Cu antagonism, în acțiunea electroliților, se dovedește că 70% din concentrația unuia dintre ei nu mai necesită 30% din concentrația de coagulare a celuilalt, ci mai mult, de exemplu, 55%.

Astfel, suma concentrațiilor lor va deveni mai mult de 100%.

Sinergie

Cu sinergism, pentru a obține o coagulare rapidă a solului la 70% din concentrația de coagulare a unui electrolit, este suficient să adăugați, de exemplu, 15% din concentrația de coagulare a celui de-al doilea electrolit.

Suma rezultată a concentrațiilor va fi mai putin de 100%.

La coagularea solurilor cu amestecuri de electroliți, se observă de obicei sinergism sau antagonism. Aditivitatea este un fenomen rar.

Fenomen sinergie se poate datora formării de ioni complecși multiîncărcați din electroliții adăugați, care au un efect puternic de coagulare.

Antagonism se explică, în special, prin formarea acestor electroliți sau compuși complecși - peptizanți, sau particule slab disociate care nu afectează soluția coloidală.

Peptizare- scindarea agregatelor formate în timpul coagulării sistemelor dispersate în particule primare sub influența unui mediu lichid (de exemplu, apă) sau a unor substanțe speciale - peptidizatori.

În cazul formării peptizatorilor, ionii electroliți nereacționați acționează în direcția coagulării solului, iar peptizatorul format din ionii reacționați transferă din nou particulele coagulate în sol.

Uneori, peptizatorii se formează ca rezultat al interacțiunii particulelor coloidale cu electrolitul adăugat. Astfel, atunci când HCI este adăugat la un sol de Fe(OH)2, acesta se coagulează, dar când HCI este adăugat lent, nu există coagulare.

După cum s-a descoperit, odată cu adăugarea lentă de acid clorhidric, peptizerul are timp să se formeze:

Fe(OH)2 + HCl → FeOCl + 2H2O

FeOCl → FeO + + Cl -

Acest fenomen se numește sol de dependență.

Coagularea reciprocă

Dacă adăugați un sol cu ​​particule încărcate pozitiv la un sol cu ​​particule încărcate negativ, atunci acestea coagularea reciprocă.

La multe stații de tratare a apei, solurile încărcate pozitiv de hidroxid de aluminiu sau fier sunt adăugate la apa care conține amestecuri organice încărcate negativ.

După coagularea reciprocă, fulgii rezultați pot fi ușor filtrati folosind filtre cu nisip.

Semnificația biologică a coagulării

Procesele coagulareȘi peptizare sunt de mare importanță pentru viața organismelor, deoarece coloizii celulelor și fluidele biologice sunt, de asemenea, supuși coagulării și sunt expuși constant la electroliți.

Pentru a menține constanta condițiilor fizice și chimice din organism, este necesar să se mențină constanta nu numai a concentrației de electroliți, ci și a compoziției lor calitative.

Într-adevăr, dacă preparați o soluție izotonă nu din NaCl, și dintr-o concentrație egală de ioni cu încărcare multiplă, de exemplu, MgSO4, atunci ionii încărcați dublu vor avea un efect de coagulare semnificativ mai puternic asupra coloizilor decât NaCl.

Fenomenele de antagonism și sinergie ale electroliților se reflectă și în obiectele biologice. Se știe că creșterea rădăcinilor de grâu este suprimată de soluții de 0,12 M NaClȘi CaCI2, dar la un anumit raport al acestor soluții, efectul negativ al amestecului de electroliți este eliminat.

Coagulare- procesul de lipire a particulelor coloidale cu formarea de agregate mai mari din cauza pierderii stabilitatii agregative de catre solutia coloidala.

Pragul de coagulare- cantitatea minimă de electrolit care trebuie adăugată în soluția coloidală pentru a provoca o coagulare evidentă (observabilă la ochi - tulburarea soluției sau o schimbare a culorii acesteia);

spk = sel·Vel / Vcr+Vel

Unde Cu el- concentrația inițială a soluției de electrolit; V el- volumul soluției de electrolit adăugat la soluția coloidală; V cr- volumul soluției coloidale.

Coagularea abilitatea - valoarea reciprocă a pragului de coagulare, se supune regulii Schulze-Hardy.

Protecția coloidală, rolul ei în viață. Peptizare, rol biologic

Protecție coloidală- creșterea stabilității agregative a solurilor liofobe la adăugarea DIU la acestea.

Mecanismul este că în jurul micelilor soluției coloidale se formează învelișuri de adsorbție din macromolecule BMC flexibile, care sunt amfifile, iar secțiunile lor hidrofobe se confruntă cu particulele fazei dispersate, iar fragmentele hidrofile se confruntă cu apă.

În acest caz, sistemul este liofilizat, miceliile dobândesc un factor suplimentar de stabilitate agregativă datorită propriilor învelișuri de hidratare din macromoleculele BMC.

• · solubilitate bună a BMC în mediul dispersat al unei soluții coloidale și adsorbabilitatea moleculelor pe particulele coloidale;
• · concentrație destul de mare.

Astfel, proteinele din sânge previn precipitarea și eliberarea colesterolului și a sărurilor de calciu slab solubile pe pereții vaselor de sânge și, de asemenea, previn formarea de pietre în căile urinare și biliare.

Peptizare- proces, coagulare inversă, i.e. transformarea precipitatului format ca urmare a coagulării într-o soluție coloidală stabilă.

Acest lucru se face în două moduri:

• 1. spălarea coagulatului cu un solvent pur (DS);
• 2. adăugarea unui electrolit-peptizer special.

Condiții pentru o peptizare eficientă:

• · numai sedimentele proaspăt obţinute sunt capabile de peptizare;
• · este necesar să se adauge mici cantități de electrolit-peptizer;
• · Peptizarea este promovată prin agitare și încălzire.

Acest proces stă la baza resorbției plăcilor de ateroscleroză de pe pereții vaselor de sânge, a pietrelor la rinichi și la ficat sau a trombilor vaselor de sânge.