Коллоидная стадия образования осадка

По мере того как на первичных зародышах адсорбируется все большее количество ионов, размер частиц осадка увеличивается. Одной из стадий формирования осадка является образование коллоидных систем. Как известно, коллоидной степени дисперсности соответствует размер частиц дисперсной фазы порядка 1-100 нм. В отличие от истинных растворов коллоидные системы являются гетерогенными, так как коллоидная частица уже имеет собственную поверхность (у иона или молекулы поверхности нет). Образование коллоидных частиц неблагоприятно отражается на результатах гравиметрического анализа, поскольку такие частицы — вследствие их достаточно малого размера — не задерживаются обычными фильтрами, что ведет к потере осаждаемого вещества.

Подробно механизм образования и свойства коллоидных систем изучаются в курсе коллоидной химии. Здесь мы лишь кратко рассмотрим некоторые аспекты, которые важны для гравиметрии.

Вначале разберем, почему коллоидные системы являются устойчивыми, иначе говоря, почему частицы дисперсной фазы могут сколь угодно долго находиться во взвешенном состоянии. Главной причиной такой устойчивости является наличие у коллоидных частиц электрического заряда, который не позволяет им объединяться друг с другом, превращаясь в более крупные образования, которые оседали бы под действием силы тяжести. Образование заряженных коллоидных частиц происходит так. Допустим, к раствору NaCl добавляют избыток раствора AgN03. При взаимодействии ионов Ag+ и СГ образуются частицы («агрегаты»), содержащие данные ионы. Размер таких частиц соответствует коллоидной степени дисперсности. В растворе наряду с образующимися агрегатами находятся ионы Ag+, Na+ и NC?. На поверхности агрегатов будут адсорбироваться преимущественно ионы Ag+ (см. § 12.5, правило Фаянса — Панета — Хана), в результате чего она будет приобретать положительный заряд. Ионы, адсорбирующиеся на поверхности агрегата и определяющие заряд коллоидной частицы, носят название потенциалопре- деляющих. Агрегат вместе с адсорбированными на нем потенциало- пределяющими ионами называют ядром. Потенциалопределяю- щие ионы и соответствующие им противоионы, остающиеся в растворе, создают двойной электрический слой (ДЭС) — тонкий электрический слой, образующийся из пространственно разделенных зарядов противоположного знака на границе раздела двух фаз (в данном случае агрегата и раствора). Слой противоионов состоит из двух частей. Некоторое их количество непосредственно примыкает к поверхности раздела фаз. Эту часть противоионов называют адсорбционным слоем. Толщина такого слоя равна радиусу образующих его гидратированных ионов. Оставшиеся противоионы образуют диффузионный слой. Толщина этого слоя может быть достаточно большой и зависит от различных факторов. Ядро вместе с адсорбционным слоем противоионов называется гранулой, а вместе со всем двойным электрическим слоем — мицеллой. Мицелла является электронейтральной частицей, в то время как гранула — заряженной: ее заряд зависит от заряда потенциалопределяющих ионов. Таким образом, строение коллоидной частицы хлорида серебра, образующейся при добавлении к раствору NaCl избытка раствора AgN03, можно представить себе следующим образом (рис. 12.4).

Строение коллоидной частицы хлорида серебра

Рис. 12.4. Строение коллоидной частицы хлорида серебра

Коллоидные частицы находятся в растворе в постоянном движении. Очевидно, что при движении коллоидной частицы двойной электрический слой разрывается, причем разрыв происходит в диффузионном слое противоионов, тогда как адсорбционный слой движется вместе с частицей. Место указанного разрыва называется плоскостью скольжения. В результате разрыва двойного электрического слоя частица дисперсной фазы и раствор приобретают разноименные заряды, что приводит к возникновению разности потенциалов, называемой С, (дзета)-потенциалом. Благодаря наличию двойного электрического слоя коллоидные частицы не слипаются друг с другом. Если же этот слой каким- либо образом «убрать», то коллоидные частицы смогут провзаи- модействовать друг с другом с образованием более крупных частиц. Процесс объединения частиц дисперсной фазы в более крупные частицы называется коагуляцией (или флокуляцией — из-за того, что при этом появляются визуально заметные хлопьевидные образования, а по-латински flocculi значит «хлопья»).

Процесс коагуляции можно инициировать нагреванием или добавлением к коллоидной системе сильного электролита. Нагревание приводит к десорбции некоторой части потенциалопреде12.5. Причины загрязнения осадка и способы их устранения

417

ляющих ионов. Добавление сильного электролита (рис. 12.5) приводит к нейтрализации заряда этих ионов (экранированию этого заряда противоионами). Понятно, что коагулирущим действием будут обладать ионы, противоположные по знаку потен- циалопределяющим ионам данной коллоидной частицы (для частицы, изображенной на рис. 12.4, это будут анионы). Коагулирующее действие ионов зависит от их заряда и концентрации. С увеличением заряда коагулирующая способность резко возрастает. Минимальная концентрация электролита, при которой начинается процесс коагуляции, называется порогом коагуляции.

Коагуляция при действии сильного электролита

Рис. 12.5. Коагуляция при действии сильного электролита

Процесс, обратный коагуляции, называется пептизацией. В результате протекания последней скоагулированный осадок возвращается в исходное коллоидно-дисперсное состояние. Пептизация может происходить при промывании осадка водой. По этой причине осадок вещества, склонного к образованию коллоидных растворов, следует отмывать от адсорбированных на нем примесей не чистой водой, а раствором сильного электролита.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >