Каким свойством иона определяется его коагулирующая сила
Из всего этого не следует, конечно, что заряд коагулирующего иона является единственным фактором, определяющим величину порога коагуляции. Из табл. 61 видно, например, что коагулирующая способность ие одинакова для разных однозарядных катионов. Исследование этого явления показало, что существует следующая закономерность в коагулирующей способности ионов. [c.522]
Коагулирующее действие иона в значительной степенн зависит от величины его заряда. Чем больше заряд коагулирующего иона, тем сильнее выражена его коагулирующая способность и тем меньше порог коагуляции (правило Шульце — Гарди). На коагулирующую способность ионов одинакового заряда влияет гидратация ионов. Чем больше гидратация, тем больше порог коагуляции и ниже коагулирующая способность иона. Порог коагуляции у золей невелик и выражается в ммоль/л или в мг-экв/л. [c.167]
Коагулирующая способность ионов растет с их валентностью, а, согласно теории двойного электрического слоя, более высокой валентности соответствует (при одинаковой концентрации) более низкий -потенциал. [c.197]
Из табл. 34 следует, что коагулирующая способность двухзарядных ионов в десятки раз, а трехзарядных — в сотни раз выше, чем у однозарядных ионов. Приведенная в табл. 34 коагулирующая способность ионов относится только к указанным ионам и золям. Коагулирующие способности этих же ионов по отношению к другому золю будут иметь иные значения. Точно так же для одного н того же золя ионы одной и той же величины заряда, например и N3+, Mg + и Са +, обладают значительно отличающейся коагулирующей способностью. Такую разницу в действии ионов объясняют неодинаковой степенью их сольватации. Однако отличия в коагулирующей способности каждого иона для тех или иных золей не очень велики, поэтому представилось возможным расположить одинаково заряженные ионы в лиотропные ряды, показывающие, в частности, в каком порядке убывает их коагулирующая способность для всех противоположно заряженных золей, например [c.158]
Процесс укрупнения коллоидных частиц в результате их слипания, приводящий в конечном итоге к выпадению вещества в осадок или к образованию студней, называется коагуляцией. Коагуляцию можно вызвать повышением температуры, добавлением электролитов, прибавлением к золю другого золя с противоположным по знаку зарядом частиц (взаимная коагуляция). Для начала явной (т. е. различимой глазом) коагуляции необходимо прибавить к золю некоторое минимальное количество электролита с, называемое порогом коагуляции. При концентрациях электролита, меньших порога, коагуляция протекает в скрытом состоянии. Коагуляцию вызывают те из ионов прибавляемого электролита, заряд которых противоположен по знаку заряду коллоидных частиц. Величина, обратная порогу коагуляции, называется коагулирующей способностью иона Р [c.167]
Коагулирующая способность ионов одной и той же валентности может быть выражена рядами, в которых ионы расположены по их убывающей или возрастающей коагулирующей активности. Эти ряды совпадают с так называемыми лиотропными рядами, в которых ионы располагаются также по изменению их адсорбционной активности (см, гл. III, стр. 69) и по другим свойствам (см. гл. IV, стр. 96). Определенная последовательность расположения ионов в этих рядах связана с их энергией и степенью гидратации, которые зависят, в свою очередь, от величины радиуса и поляризуемости ионов, т. е. от деформируемости электронных оболочек атома (см. табл. 5). [c.114]
Кроме заряда коагулирующую способность иона определяют также его размеры, степень гидратации и т. д. Обычно коагулирующая способность увеличивается наряду с возрастанием способности к адсорбции, например, в следующих рядах [c.133]
Такое поведение органических ионов связано с величинами их адсорбируемости (потенциалами адсорбции). Коагулирующая способность иона-коагулятора в некоторой степени зависит от природы иона другого знака заряда, с ним связанного. [c.334]
Пороги коагуляции иоров одного и того же знака и зарядности отличаются друг от друга. Здесь сказывается влияние не только размера понов, но и степень их гидратации. По величине коагулирующей способности ионы щелочных металлов можно расположить в следующей ряд [c.368]
Из табл. 36 следует, что коагулирующая способность двухзарядных ионов в десятки раз, а трехзарядных — в сотни раз выше, чем у однозарядных ионов. Приведенная в табл. 36 коагулирующая способность ионов относится только к указанным нонам и золям. Коагулирующие способности этих же ионов по [c.182]
Коагулирующая способность иона зависит от его заряда. Многозарядные ионы вызывают коагуляцию при гораздо меньших концентрациях (более низких порогах коагуляции), чем ионы с малым зарядом. Если принять коагулирующую способность однозарядного иона за единицу, то коагулирующая [c.204]
Коагулирующая способность ионов одинаковой зарядности возрастает с увеличением радиуса иона. Ионы органических соединений всегда обладают более высокой коагулирующей способностью, чем ионы неорганических веществ. [c.205]
В отсутствие сильного химического взаимодействия с поверхностью твердого тела адсорбция ионов в значительной мере определяется их зарядом. На этом основан давний вывод [75] о том, что адсорбция ионов возрастает с увеличением их заряда. В свою очередь степень адсорбции определяет способность ионов вызывать коагуляцию золей, т. е. можно утверждать, что коагулирующая способность иона тем боль-и с, чем выше его заряд. Это правило Шульце—Гарди обсуждалось в разд. У1-4В. [c.330]
Коагулирующая способность ионов зависит от их валентности. Если коагулирующую способность одновалентного катиона принять равной единице, то для двухвалентного она будет равна десяти, а для трехвалентного — восьмистам. Аналогичная зависимость имеет место и для анионов. Если коагулирующую способность одновалентного аниона принять за единицу, то для двухвалентного она будет равна 75, а для трехвалентного — шестистам. Следовательно, чем выше валентность коагулирующего иона, тем больше его коагулирующая способность. [c.94]
Наибольшее практическое значение имеет коагуляция электролитами. Она начинается при определенной концентрации электролита в растворе, которая называется порогом коагуляции. Коагуляция электролитами протекает в соответствии со следующими правилами 1) коагулирующее действие оказывают ионы, имеющие знак заряда, противоположный знаку заряда потенциалопределяющих ионов 2) действие коагулирующего иона возрастает с повыщением заряда. Так, порог коагуляции для однозарядных ионов составляет 25—150 ммоль/л, двухзарядных — 0,5—2, трехзарядных— 0,01—0,1 ммоль/л. Коагулирующая способность ионов с одинаковым знаком заряда неодинакова, сильнее она выражена у ме- [c.116]
Теория коагуляции должна объяснить всю совокупность этих опытных данных вплоть до соотношения коагулирующих способностей ионов различной валентности, определяемого правилом Шульце —Гарди. [c.202]
Таблица показывает, что коагулирующая способность ионов растет с увеличением заряда, как это имеет место и при адсорбции их. [c.340]
Приведенное сопоставление указывает на значительный рост коагулирующей способности ионов с повышением их зарядности. [c.340]
Приведенное сопоставление указывает на огромный рост коагулирующей способности ионов с повышением валентности их. [c.372]
Коагулирующая способность ионов одной и той же валентности зависит от гидратации ионов. Чем больше гидратация, тем больше порог коагуляции и ниже коагулирующая способность иона. [c.248]
Коагулирующее действие различных ионов одного и того же знака и одинаковой валентности также различно. Отмечено влияние размера и степени гидратации ионов. По величине коагулирующей способности ионы щелочных металлов можно расположить в следующий ряд [c.332]
Приведенное сопоставление указывает на огромный рост коагулирующей способности ионов с повышением валентности их. Трехвалентные катионы в отдельных случаях могут действовать в 1000—1500 раз сильнее, чем одновалентные (при той же концентрации). [c.311]
Наряду с явлениями суммирования коагулирующего действия ионов и явлениями антагонизма, наблюдаются иногда случаи взаимного усиления коагулирующей способности ионов. Соотношения, устанавливаемые в этих случаях, таковы, что на 20%, например, коагулирующего количества одного электролита достаточно взять только 36% коагулирующего количества другого. [c.211]
Как видно из данных таблицы, порог коагуляции двухвалентного сульфатного аниона значительно ниже, чем одновалентного аниона хлора коагулирующая же способность двухвалентного аниона оказалась в 50 раз выше коагулирующей способности иона одновалентного, что вполне подтверждает правило валентности Шульце — Гарди. [c.281]
Коагулирующая способность иона зависит от двух факторов его валентности и способности адсорбироваться. Очевидно, что двухвалентный ион нейтрализует в коллоидной частице вдвое большее число зарядов противоположного знака, чем одновалентный ион. С другой стороны, двухвалентные и в еще большей степени трехвалентные ионы значительно легче адсорбируются на поверхности коллоидной частицы, чем одновалентные ионы. Чем легче адсорбируется ион, тем меньшее количество его требуется в растворе для достижения адсорбционного равновесия, приводящего к коагуляции. [c.551]
Коагулирующая способность ион а-к оагулятора возрастает о повышением его заряда (правило Шульца-Гарди). [c.35]
Коагуляция под действием электролитов. Правило Шульце — Гарди. Наблюдения Г. Шульце (1882) показали, что коагулирующей способностью обладает один из ионов добавляемого электролита (ион-коагулятор). Коагулирующая способность иона-коагуля-тора возрастает с увеличением его заряда (правило Шульце). Несколько позже М. Гарди (1900) нашел, что заряд коагулирующего иона всегда противоположен заряду коллоидной частицы (правило Гарди). Следовательно, коагуляцию отрицательного золя вызывают катионы добавленного электролита. Для золя с положительно заряженными частицами ионами-коагуляторами являются анионы. [c.430]
Решение. Коагуляцию золя вызывает тот из ионов прибавленного электролита, заряд которого противоположен заряду коллоидной частицы. Коагулирующая способность иона определяется его зарядом. Чем больше заряд иона, тем больше его коагулирующая способность. Значения порогов коагуляции электролитов с одно-, двух- и трехзарядными ионами относятся как числа 729 11 1. Следовательно, порог коагуляции Кз[Ре(СЫ)б] будет в 729 раз меньше, чем у КЪЮз, т.е. Ск, (Fe( N)J = 60 / 729 = 0,082 ммоль/л. [c.120]
Резко выделяющаяся по эффективности коагулирующая способность ионов цинка подчеркивается в работе Манна [11.2], который показал, что она в 130 раз превышает коагулирующую способность сульфата натрия. В следующем разделе будет показано, что с Этой особой ролью ионов цинка связаны способы получения высокопрочных волокон, обладающих мелкокристаллической структурой, характерной для оболочки обычных волокон. В этой связи уместно отметить, что на эту особенность действия ионов цинка при осаждении ксаитогената еще ь 1935 г. указывали Данилов [113] и Мирлас [114], которые утверждали, что процесс коагуляции в присутствии 2п504 протекает благодаря химической реакции образования ксаитогената цинка. [c.215]
Влияние шонов-партнеров . Если ионы-партнеры не адсорбируются на поверхности коллоидных частиц, то их природа незначительно влияет на коагулирующую способность иона-коагулятора. Например, коагулирующая сила по отношению к коагуляции гидрозоля As Sg практически не изменяется от того, что анион С1 (электролит КС1) заменяется анионом NO7 (электролитом KNO3). Если же на поверхности коллоидных частиц происходит адсорбция ионов-партнеров, то природа этих ионов существенно влияет на коагулирующую силу иона-коагулятора. [c.347]
S hulze-Hardy rule кол, правило Шульце-Харди или правило значности — ионы высшей валентности вызывают коагуляцию коллоидных частиц в меньших концентрациях, чем ионы низших валентностей (т. е. коагулирующая способность ионов возрастает с увеличением их заряда) [c.617]
Коагулирующее действие ионов при коагуляции смесью электролитов изменяется неоднозначно. Если ионы имеют одинаковый заряд и незначительно отличаются друг от друга по размеру и степени гидратации, их коагулирующее действие суммируется. Если ионы-коагуляторы отличаются по величине заряда, то коагулирующая способность иона с меньшим зарядом подавляется. по-лизарядным (антагонизм ионов). Иногда суммарное воздействие превышает действие каждого из них, взятого в отдельности. Подобное явление взаимного усиления называется синергизмом. При специфической адсорбции ионов, химическом взаимодействии иона-жоагулятора с ионами двойного электрического слоя приведенные закономерности могут не всегда выполняться. [c.117]
Коагулирующая способность органических ионов-коагуляторов значительно больше, чем неорганических ионов. Так, по отношению к гидрозолю А1(0Н)з коагулирующая способность пи-крата калия в 5 раз больше, чем КС1, а по отношению к гидрозолю AsjSa коагулирующая способность морфинхлорида почти в 120 раз больше, чем хлорида калия. Такое поведение органических ионов связано с величинами их адсорбируемости (потенциалами адсорбции). Коагулирующая способность иона-коагулятора в некоторой степени зависит от природы иона другого знака заряда, с ним связанного. [c.333]
Из таблицы следует, что коагулирующая способность двухвалентных ионов в десятки раз, а трехвалентных—в сотни раз выше, чему одновалентных ионов. Приведенное в таблице соотношение коагулирующих способностей ионов справедливо только для указанных ионов и золей. Коагулирующие способности ьтих же ионов для другого золя будут находиться в другом соотношении. Точно так же для одного и того же золя (табл. 33) равновалентные ионы, например К и N3 , Mg и Са обладают неодинаковой коагулирующей способностью. Такую разницу в действии ионов объясняют неодинаковой степенью их сольватации. Однако отличия в коагулирующей способности каждого иона для различных золей не очень велики, поэтому представилось возможным расположить равновалентные ионы в лиотропные ряды, показывающие, в частности, в каком порядке убывает [c.205]
Курс коллоидной химии (1964) — [
c.114
]
Краткий курс коллойдной химии (1958) — [
c.134
]
У этого термина существуют и другие значения, см. Коагуляция.
Коагуляция (от лат. coagulatio — свертывание, сгущение) и флокуляция (от лат. flocculi — клочья, хлопья) — физико-химические процессы слипания мелких частиц дисперсных систем в более крупные агрегаты[1][2] под влиянием сил сцепления с образованием коагуляционных структур[K 1].
Коагуляция ведёт к выпадению из коллоидного раствора осадка или к застудневанию. Коагуляция может быть как самопроизвольной (старение) с расслаиванием коллоидного раствора на твёрдую фазу и дисперсную среду и достижением состояния минимальной энергии, так и искусственно вызванной с помощью специальных реактивов (коагулянтов или флокулянтов).
Коагуляция — это процесс уменьшения степени дисперсности и числа частиц дисперсной системы путём слипания первичных частиц. В результате коагуляции обычно происходит выпадение (седиментация) дисперсной фазы или хотя бы изменение свойств первичной дисперсной системы.
Флокуляция — вид коагуляции, при которой укрупнённые частицы дисперсной фазы представляют собой крупные рыхлые хлопьевидные агрегаты – флокулы[2][4], способные к быстрому оседанию или всплыванию[5]. В качестве флокулянтов часто применяют синтетические полимерные материалы, в частности полиакриламид. Макромолекулы полимеров одновременно адсорбируются на нескольких дисперсных частицах с образованием связующих мостиков между частицами дисперсной фазы, как бы склеивающих эти частицы в крупные агрегаты[6][7]. Из неорганических флокулянтов применяют активную кремниевую кислоту[8]. Мостиковый механизм и обусловленная размерами макромолекул флокулянтов бóльшая рыхлость образующихся агрегатов отличают флокуляцию от обычной коагуляции, при которой происходит непосредственная агрегация частиц[9][10]. При очистке природных вод высокомолекулярные флокулянты часто используют совместно с коагулянтами: флокулянты «сшивают» микрохлопья, возникшие в результате введения коагулянтов. При этом микрохлопья объединяются в крупные агрегаты, седиментация которых протекает значительно быстрее[11].
Коагуляционные структуры образуются при потере дисперсной системой агрегативной устойчивости, при достаточном содержании дисперсной фазы обеспечивается армирование всего объема дисперсной системы. Соответствующее содержание коллоидно-дисперсной фазы, способное «отверждать» жидкую дисперсную среду, может быть очень малым (особенно в случае резко анизометрических частиц), например всего лишь несколько процентов по массе для бентонитовых глин, и еще значительно меньше для нитевидных частиц.
Характерным свойством коагуляционных структур наряду с относительно невысокой прочностью является их обратимость по отношению к механическим воздействиям — способность к самопроизвольному восстановлению после механических разрушений (в подвижной дисперсной среде); это свойство называют тиксотропией. Коагуляционные дисперсные структуры образуются пигментами и наполнителями лаков, красок, полимеров. Характерный пример тиксотропных структур — это пространственные сетки, возникающие в дисперсиях глин при их коагуляции под действием электролитов.
Теория коагуляции (М. Смолуховский) развита на основе следующих представлений: частицы дисперсной фазы совершают независимое друг от друга броуновское движение до тех пор, пока при сближении двух частиц расстояние между их центрами не делается равным так называемому радиусу сферы влияния d. Эта величина приблизительно равна сумме радиусов частиц, что соответствует их непосредственному контакту. На этом расстоянии появляются (сразу, скачком!) силы взаимодействия между частицами, в результате чего создается возможность их агрегирования. В результате коагуляции происходит взаимодействие только двух частиц, так как вероятность столкновения большего числа частиц очень мала. Таким образом, сталкиваются одиночные частицы, образуя двойные, одиночные с двойными, двойные друг с другом, тройные с одиночными и т. д. Такое представление процесса коагуляции позволяет формально свести его к теории бимолекулярных химических реакций.
Применение[править | править код]
Коагуляция с применением химических реактивов применяется при водоподготовке.
Старение[править | править код]
Скорость старения зависит от напряжения на границе раздела фаз, радиуса частиц, коэффициента диффузии, температуры и растворимости макрофазы. Монодисперсные системы стареют крайне медленно. Слияние капель жидкости или газовых пузырьков называется коалесценцией. При слиянии твёрдые частицы сохраняют свою прежнюю форму.
Электролиты в диспергаторе ускоряют старение (электрокоагуляция).
Столкновения частиц, происходящие ввиду броуновского движения, далеко не всегда приводят к их слиянию. Двойной электрический слой, окружающий дисперсные частицы, отталкивает их друг от друга. Электролиты разрушают и деформируют этот слой, ускоряя коалесценцию. Эффективность процесса зависит от вида электролита (лиотропные ряды ионов) и его валентности.
Склонность гидрофобных золей к разрушению под воздействием небольших добавок электролитов была замечена давно и послужила объектом большого числа экспериментальных и теоретических работ.
Многочисленными исследованиями влияния электролитов на устойчивость гидрофобных золей установлено, что коагулирующее действие электролита зависит от заряда ионов. Коагуляция идет с заметной скоростью лишь при концентрации электролита, превышающей некоторое критическое значение, называемое порогом коагуляции ск. Выше этой концентрации (в области медленной коагуляции) скорость коагуляции растет с ростом концентрации, пока не достигнет некоторого предела, после которого (в области быстрой коагуляции) перестает зависеть от концентрации электролита. Очевидно, что области быстрой коагуляции соответствует полная дестабилизация частиц дисперсной фазы. Сопоставление коагулирующего действия электролитов с их влиянием на электрокинетические свойства показало, что порог коагуляции соответствует уменьшению электрокинетического потенциала примерно до 30 мВ, тогда как приближение к области быстрой коагуляции ведет к падению z-потенциала до весьма малых значений. Уже из этого факта можно сделать вывод, что именно электростатическое отталкивание коллоидных частиц ответственно за устойчивость таких гидрозолей. По эмпирическому правилу Шульце-Гарди порог коагуляции определяется в основном валентностью противоионов: отношение порогов коагуляции одно-, двух- и трёхвалентных противоионов приближенно равно 1:0,016:0,0013 (соответственно отношение обратных величин — коагулирующих способностей равно 1:60:700).
Вместе с тем, наряду с общим уменьшением порога коагуляции с ростом валентности противоионов наблюдаются более слабые различия коагулирующих способностей ионов одной валентности — так называемые лиотропные ряды ионов, — связанные с различием их поляризуемости и гидратируемости.
См. также[править | править код]
- Эмульсия
- Критическая концентрация коагуляции
Комментарии[править | править код]
- ↑ В зарубежной литературе по коллоидной химии термины coagulation и flocculation часто рассматривают как синонимы. В отечественных изданиях флокуляцию принято считать одним из видов коагуляции. Дополнительные сведения по терминологии и теории флокуляции можно найти в книге Д. Неппера[3].
Примечания[править | править код]
- ↑ Coagulation (flocculation) in colloid chemistry
- ↑ 1 2 Иванова Н. И., Коагуляция, 2009, с. 357.
- ↑ Неппер Д., Стабилизация коллоидных дисперсий полимерами, 1986.
- ↑ Волков В. А., Коллоидная химия, 2015, с. 639.
- ↑ Кузнецов В. В., Физическая и коллоидная химия, 1968, с. 365.
- ↑ Зимон А. Д., Коллоидная химия, 2015, с. 165—166.
- ↑ Кругляков П. М., Хаскова Т. Н., Физическая и коллоидная химия, 2010, с. 270.
- ↑ Кругляков П. М., Хаскова Т. Н., Физическая и коллоидная химия, 2010, с. 270.
- ↑ Щукин Е. Д. и др., Коллоидная химия, 2014, с. 366—367.
- ↑ Фридрихсберг Д. А., Курс коллоидной химии, 1995, с. 277.
- ↑ Фридрихсберг Д. А., Курс коллоидной химии, 2010, с. 379.
Литература[править | править код]
- Волков В. А. Коллоидная химия. Поверхностные явления и дисперсные системы. — 2-е изд., испр. — СПб.: Лань, 2015. — 660 с. — (Учебники для вузов. Специальная литература). — ISBN 978-5-8114-1819-0.
- Зимон А. Д. Коллоидная химия: Общий курс. — 6-е изд. — М.: Красанд, 2015. — 342 с. — ISBN 978-5-396-00641-6.
- Иванова Н. И. Коагуляция (рус.) // Большая российская энциклопедия. — Большая Российская энциклопедия, 2009. — Т. 14. — С. 357.
- Кругляков П. М., Хаскова Т. Н. Физическая и коллоидная химия. — 3-е изд., испр. — М.: Высшая школа, 2010. — 320 с. — ISBN 978-5-06-006227-4.
- Кузнецов В. В. Физическая и коллоидная химия. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Высшая школа, 1968. — 392 с.
- Неппер Д. Стабилизация коллоидных дисперсий полимерами. — М.: Мир, 1986. — 488 с.
- Фридрихсберг Д. А. Курс коллоидной химии / Под редакцией д-ра хим. наук проф. М. П. Сидоровой. — 3-е изд., испр. — СПб.: Химия, 1995. — 400 с. — (Для высшей школы). — ISBN 5-7245-1022-7.
- Фридрихсберг Д. А. Курс коллоидной химии. — 4-е изд., испр. и доп. — СПб.: Лань, 2010. — 416 с. — (Учебники для вузов. Специальная литература). — ISBN 978-5-8114-1070-5.
- Щукин Е. Д., Перцов А. В., Амелина Е. А. Коллоидная химия. — 7-е изд., испр. и доп. — М.: Юрайт, 2014. — 444 с. — (Бакалавр. Базовый курс). — ISBN 978-5-9916-2741-2.