Métodos de obtención y purificación de sistemas dispersos. Métodos para producir sistemas dispersos Métodos mecánicos para producir sistemas dispersos

22.06.2023

En términos de tamaño de partículas, los sistemas altamente dispersos (soles) ocupan una posición intermedia entre los sistemas poco dispersos y las verdaderas soluciones (dispersidad atómico-molecular de la sustancia disuelta). Por lo tanto, los métodos para producir tales sistemas se pueden dividir en dispersión (trituración de partículas grandes en partículas de tamaño coloidal) y condensación (combinación de átomos, moléculas o iones en partículas más grandes).

dispersando− molienda fina de un sólido o líquido, que da lugar a la formación de sistemas dispersos: polvos, suspensiones, emulsiones, aerosoles. La dispersión de un líquido en un medio gaseoso se llama fumigación, dispersando otro líquido que no se mezcla con el primero, - emulsificación. Al dispersar los sólidos, estos sufren destrucción mecánica, por ejemplo, utilizando varios tipos de molinos. La trituración de una sustancia también puede ocurrir bajo la influencia de ultrasonidos.

Convencionalmente, el método se puede clasificar como dispersión. peptización. Consiste en convertir sedimentos sueltos recién preparados en una solución coloidal bajo la influencia de aditivos estabilizadores especiales: peptizadores (electrolitos, soluciones tensioactivas). El peptizador ayuda a separar las partículas de sedimento.
entre sí y su transición a un estado suspendido con la formación de un sol.

Condensación– el proceso de formación de una fase dispersa a partir de sustancias en estado molecular o iónico. Un requisito necesario para este método es la creación en un medio de dispersión de una solución sobresaturada (por encima del límite de solubilidad) de una sustancia dispersable a partir de la cual se debe obtener un sistema coloidal. Esto se puede lograr bajo ciertas condiciones físicas o químicas.

Físico condensación: condensación de vapores de una sustancia cuando se excede la presión de vapor de equilibrio como resultado de cambios de temperatura o presión, por ejemplo, la formación de niebla: gotas de líquido en un gas. Agregar un líquido a una solución que se mezcla bien con el solvente pero que es un solvente pobre para el soluto da como resultado la formación de un sol (sustitución de solvente).

Dispersión eléctrica. Se crea un arco eléctrico entre electrodos hechos de metal pulverizado colocados en un medio de dispersión enfriado. Los metales se evaporan a altas temperaturas y luego se condensan en un medio de dispersión frío. Los hidrosoles metálicos se preparan principalmente mediante este método, por ejemplo dispersando plata, oro y platino en agua.

Químico condensación. La condensación química puede basarse en intercambio, reacciones redox, hidrólisis, etc., como resultado de lo cual se forma una sustancia insoluble que precipita de una solución sobresaturada.

Preguntas de control

1. Sistemas dispersos: características, características principales, propiedades.

2. Clasificación de sistemas dispersos por estado de agregación y tamaño.

3. Sistemas libres y coherentemente dispersos.

4. Métodos de obtención de sistemas dispersos.

Fenómenos superficiales

Los fenómenos superficiales están asociados con procesos espontáneos que conducen a una disminución de la energía del sistema (Δ GRAMO =
= Δ h − tΔ S + σ S) debido principalmente a una disminución en la tensión superficial (σ) de la fase condensada. Estos incluyen fenómenos de adsorción, adhesión, humectación y capilaridad.

Adsorción

Adsorción– un aumento en la concentración de una sustancia en la interfaz de fase como resultado de la redistribución espontánea de los componentes del sistema entre el volumen de fase y la capa superficial. Se hace una distinción entre la adsorción de moléculas de una sustancia disuelta por la superficie de una solución líquida y la adsorción de la absorción de gases o líquidos por la superficie de una sustancia sólida.

2.1.1. Adsorción de solutos
superficie de la solución

En el volumen de la solución, las moléculas del soluto se distribuyen uniformemente. Dependiendo de su influencia sobre la tensión superficial del disolvente, la concentración superficial del soluto puede diferir de la concentración volumétrica.

Cuando la tensión superficial del disolvente disminuye al aumentar la concentración del soluto (Fig. 2.1), su concentración superficial aumenta: se produce la adsorción. Estas sustancias se llaman surfactante(tensioactivo). Si la tensión superficial aumenta, la concentración superficial disminuye en consecuencia. Estas sustancias se llaman superficie inactiva(PIV), derivada – actividad superficial. Sustancias para las cuales: sustancias tensioactivas inactivas (NSS). La actividad superficial de una sustancia depende del disolvente. La misma sustancia puede ser tensioactiva para un disolvente y tensioactiva para otro.

Arroz. 2.1. Dependencia de la tensión superficial en el límite “solución-gas”
sobre la concentración de soluto

Para el agua, los tensioactivos son sustancias cuyas moléculas tienen una estructura difílica, es decir. contener hidrofóbico Y hidrófilo grupos de átomos. El resto hidrofóbico suele ser el radical hidrocarbonado apolar CH 3 -(CH 2) norte-, con una longitud de cadena relativamente larga. La parte hidrófila es un grupo polar, por ejemplo, los grupos funcionales de los ácidos carboxílicos - COOH; ácidos sulfónicos - SO 2 OH; aminas - NH 2; ésteres - O-, etc.

Los grupos hidrófilos aseguran la solubilidad de los tensioactivos en agua y los grupos hidrófobos aseguran la solubilidad de los tensioactivos en medios no polares. En la capa de adsorción, las moléculas de tensioactivo están orientadas de manera energéticamente favorable: grupos hidrófilos hacia un medio polar (agua) y grupos hidrófobos hacia un medio no polar (gas, hidrocarburo) (Fig. 2.2).

Hay tensioactivos iónicos y no iónicos. Los primeros se disocian en solución en iones, uno de los cuales es tensioactivo (tensioactivos aniónicos y catiónicos). Estos últimos no se disocian.

Respecto al agua, todas las sustancias solubles inorgánicas (ácidos, álcalis, sales) son superficialmente inactivas (SII). Ejemplos de tensioactivos inactivos (NSS) incluyen glucosa y sacarosa.

Arroz. 2.2. Orientación de moléculas de surfactante en la superficie de una solución acuosa.

Adsorción sólida

Cuando un sólido entra en contacto con un gas o líquido, se produce adsorción: la absorción de sustancias por la superficie de la fase. Un sólido con una gran superficie específica (por ejemplo, cuerpos microporosos) se llama adsorbente(ANUNCIO). La sustancia absorbida, que se encuentra en fase gaseosa o líquida, se denomina adsorbente (S) y, una vez que ha pasado al estado adsorbido, se denomina adsorbato (ADS) (fig. 2.3). El proceso inverso de transición de una sustancia desde la capa superficial al volumen de la fase gaseosa o líquida se llama desorción.

Arroz. 2.3. Diagrama del proceso de adsorción.

Según la naturaleza de las fuerzas que mantienen las moléculas adsorbentes en la superficie de un sólido, la adsorción generalmente se divide en dos tipos principales: adsorción física y química (quimiosorción).

Adsorción física determinado por las fuerzas de interacción intermolecular (fuerzas de van der Waals). La principal contribución la realizan las fuerzas de dispersión, que no dependen de la naturaleza de las moléculas adsorbidas; las fuerzas de orientación e inductivas pueden desempeñar un papel determinado. La energía de interacción es relativamente pequeña: 8...25 kJ/mol. Las fuerzas de adsorción física tienen la propiedad de actuar a larga distancia, aunque disminuyen rápidamente con la distancia (~1/ r 6). La adsorción física es un proceso espontáneo (Δ GRAMO < 0), экзотермический (Δh< 0), с уменьшением энтропии (ΔS < 0), так как сопровождается упорядочение системы. Поэтому количество сорбируемого вещества при физической адсорбции растет с уменьшением температуры. Соответственно десорбция происходит при относительно высоких температурах.

Adsorción química (quimisorción) está asociado con la formación de fuertes enlaces químicos. Cuando una sustancia es absorbida por la superficie, la densidad de electrones se redistribuye con la formación de un enlace químico, es decir. En la interfaz de fase, se produce una reacción química entre el sorbente y el sorbente. En la quimisorción, la sustancia adsorbida se localiza en la superficie del adsorbente. La energía de interacción es aproximadamente un orden de magnitud mayor que durante la sorción física. La sorción química puede ocurrir efectivamente a altas temperaturas. La capacidad de absorción varía mucho según la naturaleza de las sustancias que interactúan.

La capacidad de sorción de un adsorbente se caracteriza por un valor igual a la cantidad de adsorbato (mol, g, etc.) absorbido por una unidad de superficie (concentración superficial). Se llama adsorción (G) y se mide en mol/cm2; g/cm2, etc. Adsorción específica: la cantidad de adsorbato absorbido por unidad de masa del adsorbente (mol/g; eq/g, etc.).

La adsorción en equilibrio depende de la naturaleza.
Sustancia sorbente y sorbida. Además, depende de la concentración molar de la sustancia sorbida ( C) o presión parcial del gas absorbido ( R), así como de la temperatura
Excursiones ( t):

GRAMO = F(C, t); GRAMO = F(pag, t).

Para un proceso realizado a temperatura constante, la dependencia Г = F(C) se llama isoterma de adsorción.

Uno de los modelos que describe el proceso de adsorción es el modelo de Langmuir de adsorción monomolecular, basado en los siguientes supuestos:

– las moléculas de adsorbato llenan la superficie del adsorbente en una capa, formando capa monomolecular(monocapa);

– la superficie del sorbente es homogénea;

– las moléculas absorbidas están inmóviles.

El proceso de adsorción se puede representar como una reacción cuasiquímica entre las moléculas de la sustancia absorbida, cuya concentración es igual a C, y centros de sorción AD en la superficie del adsorbente:

El estado de equilibrio de la reacción se caracteriza por una constante de equilibrio, que en este caso se denomina constante de sorción ( A Con).

– la concentración de la sustancia absorbida en la superficie del sorbente es igual a la adsorción − = Г(С);

– concentración de los centros de sorción en la superficie − Г ¥ , en el caso de sorción en una capa corresponde al número máximo de moléculas que se pueden absorber (capacidad de la monocapa);

– número de espacios libres en la superficie del sorbente − =
= Г ¥ − Г( CON);

– concentración de la sustancia sorbida en el volumen de líquido o gas −[S] = C.

Por eso, y en consecuencia,

; .

Esta ecuación se llama Isoterma de adsorción de Langmuir. Representa la dependencia de la cantidad de sustancia absorbida por el adsorbente a temperatura constante de la concentración en el líquido ( CON) o presión parcial en el gas ( pag) (Figura 2.4).

En concentraciones bajas ( K con S<< 1) количество вещества, поглощенного сорбентом, растет линейно с ростом концентрации. При больших концентрациях (K con S>> 1), Г( CON) = Г ¥ la superficie del sorbente está completamente ocupada por moléculas de la sustancia sorbida. La cantidad de sustancia absorbida es igual a Г¥ y no depende de la concentración de la sustancia absorbida en el volumen de líquido o gas. La cantidad Г¥ se llama capacidad de sorción y caracteriza la cantidad máxima posible de una sustancia que el sorbente puede absorber.

Cuando la sorción de vapores de sustancias por adsorbentes porosos, el proceso de adsorción monomolecular puede convertirse en condensación capilar. En la primera etapa, las moléculas de vapor llenan la superficie de las paredes de los poros (capilares) en una capa, luego el número de capas aumenta y se forma una fase líquida que llena el volumen de los poros. La isoterma de adsorción en este caso tiene forma de S. A bajas presiones, la curva representa la isoterma de adsorción de Langmuir y, cuando se acerca al valor límite de sorción, aumenta bruscamente y el proceso se transforma en condensación capilar (Fig. 2.5).

Los adsorbentes sólidos porosos se utilizan ampliamente en diversos campos para eliminar impurezas no deseadas de gases y líquidos: purificación de sustancias. Por ejemplo, en una máscara de gas con filtro, se eliminan los gases tóxicos del aire.

Pongamos ejemplos de adsorbentes porosos.

Carbones activos− adsorbentes de carbono porosos, que se obtienen mediante tratamiento térmico de materias primas orgánicas (por ejemplo, materiales de madera) sin acceso de aire, seguido de un tratamiento fisicoquímico para crear la estructura microporosa requerida. La superficie de los sorbentes de carbono es eléctricamente neutra y la adsorción está determinada principalmente por las fuerzas de interacción de dispersión. Los carbones activados absorben bien sustancias apolares de la fase gaseosa y de soluciones acuosas. Tienen una superficie específica de hasta 1000 m 2 /g.

Dependiendo de su finalidad, los sorbentes de carbón se dividen en carbones gaseosos, de recuperación y de clarificación. Carbones de gas están diseñados para capturar sustancias poco absorbidas contenidas en gases en pequeñas concentraciones, así como para purificar el agua de impurezas de sustancias con tamaños moleculares pequeños, en particular la desodorización del agua potable. Carbones de recuperación diseñado para capturar vapores de disolventes orgánicos del aire. Carbones abrillantadores sirven para absorber moléculas y microsuspensiones relativamente grandes de un medio líquido, en particular utilizados con fines farmacéuticos y para la clarificación de productos alimenticios.

gel de sílice− adsorbente mineral (sílice amorfa hidratada), formado por partículas esféricas de tamaño 10...100 nm, que están interconectadas formando una estructura rígida de silicio y oxígeno. Superficie específica 300...700 m 2 /g. Las propiedades de adsorción del gel de sílice están determinadas en gran medida por los grupos Si-OH de la superficie. Generalmente se utiliza para absorber vapor de agua (desecante) y disolventes orgánicos de gases, y para la purificación por adsorción de líquidos no polares.

gel de aluminio− óxido de aluminio activo, que se obtiene por calcinación de hidróxido de aluminio (). Es un adsorbente hidrófilo con una estructura porosa muy desarrollada. Se utiliza para secar gases, para limpiar aceites de transformadores, gases y líquidos que contengan compuestos de flúor.

Zeolitas– aluminosilicatos de estructura cristalina,
que contiene iones de metales alcalinos y alcalinotérreos (). El principal "elemento de construcción" para la creación de diversas formas de zeolitas naturales y sintéticas es la estructura cristalina, que es un cuboctaedro, cuyo volumen es la cavidad de adsorción. En las caras hexagonales hay "ventanas de entrada" a las cavidades de adsorción, cuyo tamaño es estrictamente fijo y depende de los parámetros de la red cristalina. Dependiendo de la marca de zeolitas sintéticas, el diámetro de las ventanas de entrada puede ser de 2 a 15 Å. Por lo tanto, las zeolitas se pueden utilizar para separar sustancias no solo mediante adsorción selectiva, sino también mediante diferencias en el tamaño de las moléculas: tamices moleculares.

Nota: La adsorción de diferentes sustancias por el mismo sorbente no es la misma. Esta propiedad es la base del método de separación de una mezcla de gases, vapores, líquidos o sustancias disueltas, llamado cromatografía. Al hacer pasar una mezcla de gases o una solución (fase móvil) a través de una capa fija de adsorbente, las mezclas se pueden separar en sustancias individuales.

Introducción………………………………………………………………págs. 3

Parte principal

1. Preparación de sistemas dispersos………………………………p. 5

1.1. Métodos de dispersión………………………………..p. 5

1.2. Métodos de condensación………………………………..p. 7

2. Purificación de sistemas dispersos………………………………..p. 10

Apéndice…………………………………………………………página 12

Lista de referencias………………………………p.13

Introducción

En química coloidal, muchos conceptos de los cursos de química física se utilizan ampliamente, incluidos sistemas de fases, homogéneos y heterogéneos.

Una fase es parte de un sistema de la misma composición, propiedades físicas idénticas, limitada de otras partes por una interfaz. Un sistema que consta de una fase se llama homogéneo. Un sistema heterogéneo consta de dos o más fases. Un sistema heterogéneo en el que una de las fases se presenta en forma de partículas microscópicas se llama microheterogéneo. Un sistema heterogéneo puede contener partículas de tamaños mucho más pequeños en comparación con las visibles con un microscopio óptico. Estas partículas se observan mediante un ultramicroscopio. Un sistema que contiene partículas tan pequeñas se llama ultramicroheterogéneo. Según la propuesta de Ostwald y Weymarn, la fase incluida en un sistema microheterogéneo y ultramicroheterogéneo en forma de pequeñas partículas se denomina disperso .

Los sistemas microheterogéneos y ultramicroheterogéneos son representantes de una clase especial de sistemas heterogéneos llamados sistemas dispersos .

La química coloidal es la ciencia de las propiedades de sistemas heterogéneos altamente dispersos y los procesos que ocurren en ellos.

Al poseer un exceso de energía libre, los sistemas típicos altamente dispersos son termodinámicamente inestables. Se caracterizan por procesos espontáneos que reducen este exceso reduciendo la dispersión. En este caso, el sistema, aunque permanece inalterado en su composición química, cambia sus características energéticas y, en consecuencia, sus propiedades químicas coloidales. En los procesos considerados, a diferencia de los químicos, el sistema exhibe inestabilidad, variabilidad y alta labilidad, mientras que al mismo tiempo permanece "por sí solo" (preservando su composición).

Todas estas características (irreproducibilidad, formación de estructuras y labilidad) son de gran importancia en el proceso de evolución de la materia hacia su forma más organizada: la vida. Las posibilidades potenciales de los procesos vitales ya están contenidas, como en el embrión, en los sistemas dispersos a partir de los cuales se construye la materia viva. El nivel coloidal de materia, supramolecular o macromolecular, correspondiente al “nivel molecular” en biología, es un vínculo necesario e inevitable en el proceso de evolución.

Los problemas biológicos complejos que dominan actualmente las ciencias naturales se resuelven en gran medida sobre la base de la química física de sistemas dispersos. Por tanto, el estudio de la química coloidal es de especial importancia y fundamental para el desarrollo de la ciencia en el presente y futuro.

En este trabajo se analizan los principales métodos para la obtención y purificación de sistemas dispersos, los cuales se clasifican en soles con un medio de dispersión líquido y una fase dispersa sólida (sol [Sole alemán de solución(lat.) ] - solución coloidal). Según el tamaño de las partículas, los soles se clasifican en sistemas de tipo coloidal disperso (10 -7 - 10 -9 m).

La obtención de materiales con las propiedades requeridas incluye en muchos casos, como procesos tecnológicos, la formación (dispersión o condensación) de partículas en fase dispersa y su coagulación en un medio de dispersión líquido. Por otro lado, la coagulación y sedimentación de la materia en suspensión es una de las etapas de los procesos de tratamiento de agua. Esto se aplica no solo a las suspensiones domésticas nocivas y a los desechos de diversos procesos tecnológicos, sino también a los soles de hidróxidos metálicos obtenidos especialmente, que se introducen en el agua para atrapar impurezas tensioactivas e iones de metales pesados. Los métodos para controlar estos procesos se basan en la aplicación de leyes generales de formación y destrucción de sistemas dispersos en combinación con el estudio de sus propiedades específicas, especialmente la capacidad de formar estructuras espaciales dispersas con propiedades mecánicas características. Estos fenómenos químicos coloidales son la base de muchos procesos geológicos, que conducen, por ejemplo, a la formación de la capa de suelo, que fue la base para el desarrollo de la vida en la superficie de la Tierra.

Parte principal

1. Obtención de sistemas dispersos.

Hay dos métodos conocidos para producir sistemas dispersos. En uno de ellos se muelen (dispersan) finamente sustancias sólidas y líquidas en un medio de dispersión adecuado, en el otro se provoca la formación de partículas en fase de dispersión a partir de moléculas o iones individuales.

Los métodos para producir sistemas dispersos triturando partículas más grandes se denominan dispersivo. Los métodos basados en la formación de partículas como resultado de la cristalización o condensación se denominan condensación.

1.1.Métodos de dispersión.

Este grupo de métodos combina principalmente métodos mecánicos en los que la superación de las fuerzas intermoleculares y la acumulación de energía superficial libre durante el proceso de dispersión se produce debido al trabajo mecánico externo en el sistema. Como resultado, los cuerpos sólidos se trituran, desgastan, trituran o parten, y esto es típico no solo de las condiciones de laboratorio o industriales, sino también de los procesos de dispersión que ocurren en la naturaleza (el resultado del aplastamiento y abrasión de rocas duras bajo la acción de las olas). fuerzas, fenómenos de marea, procesos de meteorización y lixiviación, etc.).

En condiciones de laboratorio e industriales, los procesos considerados se llevan a cabo en trituradoras, muelas y molinos de diversos diseños. Más común molinos de bolas. Se trata de cilindros giratorios huecos en los que se cargan el material triturado y bolas de acero o cerámica. A medida que el cilindro gira, las bolas ruedan, desgastando el material que se está triturando. La trituración también puede ocurrir como resultado de impactos de bolas. Los molinos de bolas producen sistemas cuyos tamaños de partículas se encuentran dentro de un rango bastante amplio: desde 2 – 3 hasta 50 – 70 micrones. Un cilindro hueco con bolas se puede poner en movimiento oscilatorio circular, lo que favorece una trituración intensiva del material cargado bajo la acción del movimiento complejo de los cuerpos trituradores. Tal dispositivo se llama molino vibratorio.

Se logra una dispersión más fina en coloidal molinos varios diseños, cuyo principio de funcionamiento se basa en el desarrollo de fuerzas de rotura en una suspensión o emulsión bajo la influencia de la fuerza centrífuga en un espacio estrecho entre el rotor que gira a alta velocidad y la parte estacionaria del dispositivo: el estator. Las partículas grandes suspendidas experimentan una fuerza de ruptura significativa y, por lo tanto, se dispersan. El tipo de molino coloidal que se utiliza ampliamente en la actualidad se muestra en la figura. 1 (ver apéndice). Este molino consta de un rotor, que es un disco cónico 1, asentado sobre un eje 2, y un estator 3. El rotor es accionado por un motor especial ubicado verticalmente, que generalmente funciona a unas 9000 rpm. Las superficies de trabajo del rotor y del estator 4 están rectificadas entre sí y el espesor del espacio entre ellas es de aproximadamente 0,05 mm. La suspensión gruesa se vierte en el molino a través del tubo 5 debajo del disco giratorio mediante la fuerza centrífuga desarrollada como resultado de la rotación del rotor, se empuja a través de la ranura y luego se retira del molino a través del tubo 6. Cuando el líquido pasa por el Al formar una fina película a través de la ranura, las partículas suspendidas en el líquido experimentan importantes fuerzas de cizallamiento y son aplastadas. El grado de dispersión del sistema resultante depende del espesor de la holgura y de la velocidad de rotación del rotor: cuanto menor es la holgura y mayor la velocidad, mayor es la fuerza de corte y, por tanto, mayor la dispersión.

Se puede lograr una alta dispersión dispersión ultrasónica. El efecto dispersivo del ultrasonido está asociado con la cavitación, la formación y colapso de cavidades en un líquido. El golpe de las cavidades va acompañado de la aparición de ondas de choque de cavitación que destruyen el material. Se ha establecido experimentalmente que la dispersión depende directamente de la frecuencia de las vibraciones ultrasónicas. La dispersión ultrasónica es especialmente eficaz si el material se muele previamente finamente. Las emulsiones obtenidas por método ultrasónico se distinguen por la uniformidad del tamaño de las partículas de la fase dispersa.

Los métodos de dispersión para obtener soles incluyen Método Bredig, que se basa en la formación de un arco voltaico entre electrodos de metal dispersable colocados en agua. La esencia del método es la pulverización del metal del electrodo en el arco, así como la condensación de los vapores metálicos formados a altas temperaturas. Por tanto, el método eléctrico combina las características de los métodos de dispersión y condensación. El método de electropulverización fue propuesto por Bredig en 1898. Bredig incluía un amperímetro, un reóstato y dos electrodos metálicos dispersables en un circuito de corriente continua con una potencia de 5-10 A y un voltaje de 30-110 V. Sumergió los electrodos en un recipiente con agua enfriada por fuera con hielo. La estructura esquemática del dispositivo utilizado por Bredig se muestra en la Fig. 2 (ver apéndice). Cuando la corriente pasa a través de los electrodos entre ellos bajo el agua, se produce un arco voltaico. En este caso, cerca de los electrodos se forma una nube de metal muy disperso. Para obtener soles más estables, es aconsejable introducir trazas de electrolitos estabilizadores, como hidróxidos de metales alcalinos, en el agua en la que se sumergen los electrodos.

Tiene un significado más general. El método de Svedberg que utiliza una descarga oscilatoria de alto voltaje, provocando que una chispa salte entre los electrodos. Este método se puede utilizar para obtener no solo hidrosoles, sino también organosoles de diversos metales.

Al triturar y triturar, los materiales se destruyen principalmente en lugares con defectos de resistencia (macro y microfisuras). Por tanto, a medida que avanza la molienda, aumenta la resistencia de las partículas, lo que suele utilizarse para crear materiales más resistentes. Al mismo tiempo, un aumento de la resistencia de los materiales a medida que se trituran provoca un gran consumo de energía para una mayor dispersión. La destrucción de materiales puede facilitarse mediante el uso. Efecto rehbinder– reducción de la adsorción en la resistencia de los sólidos. Este efecto consiste en reducir la energía superficial con la ayuda de tensioactivos, lo que resulta en una más fácil deformación y destrucción del sólido. Como tales tensioactivos, denominados en este caso reductores de dureza, por ejemplo, se pueden utilizar metales líquidos para destruir metales sólidos y sustancias orgánicas para reducir la resistencia de los monocristales orgánicos. Los reductores de dureza se caracterizan por pequeñas cantidades que provocan el efecto Rebinder y la especificidad de acción. Los aditivos que mojan el material ayudan a que el medio penetre en los defectos y, con la ayuda de fuerzas capilares, también facilitan la destrucción del sólido. Los tensioactivos no solo contribuyen a la destrucción del material, sino que también estabilizan el estado disperso, ya que al cubrir la superficie de las partículas, evitan que se vuelvan a pegar o se fusionen (en el caso de líquidos). Esto también ayuda a lograr un estado altamente disperso.

Con métodos de dispersión normalmente no es posible conseguir una dispersión muy alta. Los sistemas con tamaños de partículas del orden de 10 -6 – 10 -7 cm se obtienen mediante métodos de condensación.

1.2. Métodos de condensación.

Los métodos de condensación se basan en los procesos de formación de una nueva fase combinando moléculas, iones o átomos en un medio homogéneo. Estos métodos se pueden dividir en físicos y químicos.

Condensación física. Los métodos físicos más importantes para la obtención de sistemas dispersos son: condensación de vapores y reemplazo de solventes. El ejemplo más obvio de condensación del vapor es la formación de niebla. Cuando los parámetros del sistema cambian, en particular cuando la temperatura disminuye, la presión de vapor puede llegar a ser mayor que la presión de vapor de equilibrio sobre el líquido (o sobre el sólido) y aparece una nueva fase líquida (sólida) en la fase gaseosa. Como resultado, el sistema se vuelve heterogéneo: comienza a formarse niebla (humo). De esta forma se obtienen, por ejemplo, aerosoles de camuflaje, que se forman enfriando los vapores de P 2 O 5, ZnO y otras sustancias. Los liosoles se obtienen mediante el proceso de condensación conjunta de vapores de sustancias que forman una fase dispersa y un medio de dispersión sobre una superficie enfriada.

El método de sustitución de disolventes se utiliza ampliamente y se basa, como el anterior, en un cambio en los parámetros del sistema en el que el potencial químico del componente en el medio de dispersión se vuelve superior al de equilibrio y la tendencia a pasar a un El estado de equilibrio conduce a la formación de una nueva fase. A diferencia del método de condensación de vapor (cambio de temperatura), en el método de sustitución de disolvente se cambia la composición del medio. Por lo tanto, si se vierte una solución molecular saturada de azufre en alcohol etílico en un gran volumen de agua, entonces la solución resultante en la mezcla de alcohol y agua ya está sobresaturada. La sobresaturación conducirá a la agregación de moléculas de azufre con la formación de partículas de una nueva fase: dispersa.

Al reemplazar el solvente, se obtienen soles de azufre, fósforo, arsénico, colofonia, acetato de celulosa y muchas sustancias orgánicas vertiendo soluciones de alcohol o acetona de estas sustancias en agua.

Condensación química. Estos métodos también se basan en la separación por condensación de una nueva fase a partir de una solución sobresaturada. Sin embargo, a diferencia de los métodos físicos, la sustancia que forma la fase dispersa aparece como resultado de una reacción química. Así, cualquier reacción química que se produzca con la formación de una nueva fase puede ser fuente de obtención de un sistema coloidal. Pongamos como ejemplos los siguientes procesos químicos.

1.Recuperación. Un ejemplo clásico de este método es la preparación de sol de oro mediante reducción de ácido cloraúrico. El peróxido de hidrógeno se puede utilizar como agente reductor (método Zsigmondy):

2HauCl 2 +3H 2 O 2 ®2Au+8HCl+3O 2

También se conocen otros agentes reductores: fósforo (M. Faraday), tanino (W. Oswald), formaldehído (R. Zsigmondy). Por ejemplo,

2KauO 2 +3HCHO+K 2 CO 3 =2Au+3HCOOK+KHCO 3 +H 2 O

2.Oxidación. Las reacciones oxidativas están muy extendidas en la naturaleza. Esto se debe al hecho de que durante el ascenso de los fundidos magmáticos y de los gases, las fases fluidas y las aguas subterráneas que se separan de ellos, todas las fases móviles pasan de la zona de procesos de reducción a gran profundidad a las zonas de reacciones de oxidación cercanas a la superficie. Un ejemplo de este tipo de procesos es la formación de un sol de azufre en aguas hidrotermales, con agentes oxidantes (dióxido de azufre u oxígeno):

2H2S+O2 =2S+2H2O

Otro ejemplo es el proceso de oxidación e hidrólisis del bicarbonato de hierro:

4Fe(HCO 3) 2 +O 2 +2H 2 O®4Fe(OH) 3 +8CO 2

El sol resultante de hidróxido de hierro imparte un color marrón rojizo a las aguas naturales y es la fuente de depósitos de color marrón oxidado en las capas inferiores del suelo.

3. Hidrólisis. Generalizada en la naturaleza e importante en la tecnología, la formación de hidrosoles en los procesos de hidrólisis de sales. Para el tratamiento de aguas residuales se utilizan procesos de hidrólisis de sales (hidróxido de aluminio obtenido por hidrólisis de sulfato de aluminio). La alta superficie específica de los hidróxidos coloidales formados durante la hidrólisis permite adsorber eficazmente impurezas: moléculas de tensioactivos e iones de metales pesados.

4. Reacciones de intercambio. Este método se encuentra con mayor frecuencia en la práctica. Por ejemplo, obteniendo sol de sulfuro de arsénico:

2H 3 AsO 3 +3H 2 S®As 2 S 3 +6H 2 O,

Preparación de sol de yoduro de plata:

AgNO 3 +KI®AgI+KNO 3

Curiosamente, las reacciones de intercambio permiten obtener soles en disolventes orgánicos. En particular, la reacción ha sido bien estudiada.

Hg(CN) 2 +H 2 S®HgS+2HCN

Se lleva a cabo disolviendo Hg(CN) 2 en alcohol metílico, etílico o propílico y haciendo pasar sulfuro de hidrógeno a través de la solución.

Reacciones muy conocidas en química analítica, como la producción de precipitados de sulfato de bario o cloruro de plata.

Na 2 SO 4 + BaCl 2 ® BaSO 4 + 2NaCl

AgNO 3 + NaCl ® AgCl + NaNO 3

En determinadas condiciones, conducen a la formación de soles casi transparentes y ligeramente turbios, de los que posteriormente pueden producirse precipitaciones.

Por tanto, para la producción de soles por condensación, es necesario que la concentración de la sustancia en la solución supere la solubilidad, es decir la solución debe estar sobresaturada. Estas condiciones son comunes tanto para la formación de un sol altamente disperso como para un sedimento ordinario en fase sólida. Sin embargo, en el primer caso se deben cumplir condiciones especiales que, según la teoría desarrollada por Weymarn, consisten en la aparición simultánea de una gran cantidad de núcleos en fase dispersa. Por embrión nos referimos mínimo una acumulación de una nueva fase que está en equilibrio con su entorno. Para obtener un sistema altamente disperso, es necesario que la tasa de formación de nucleación sea mucho mayor que la tasa de crecimiento de los cristales. En la práctica, esto se logra vertiendo una solución concentrada de un componente en una solución muy diluida de otro con agitación vigorosa.

Los soles se forman más fácilmente si, durante su preparación, se introducen en las soluciones compuestos especiales llamados sustancias protectoras o estabilizadores. Como sustancias protectoras en la preparación de hidrosoles se utilizan jabones, proteínas y otros compuestos. Los estabilizadores también se utilizan en la preparación de organosoles.

2. Limpieza de sistemas dispersos.

Los soles y soluciones de compuestos de alto peso molecular (HMC) contienen compuestos de bajo peso molecular como impurezas indeseables. Se eliminan mediante los siguientes métodos.

Diálisis. La diálisis fue históricamente el primer método de purificación. Fue propuesto por T. Graham (1861). El diagrama del dializador más simple se muestra en la Fig. 3 (ver apéndice). El sol a purificar, o solución del DIU, se vierte en un recipiente cuyo fondo es una membrana que retiene partículas coloidales o macromoléculas y permite el paso de moléculas de disolvente e impurezas de bajo peso molecular. El medio externo en contacto con la membrana es un disolvente. Las impurezas de bajo peso molecular, cuya concentración es mayor en la ceniza o en la solución macromolecular, pasan a través de la membrana al ambiente externo (dializado). En la figura, la dirección del flujo de impurezas de bajo peso molecular se muestra mediante flechas. La purificación continúa hasta que las concentraciones de impurezas en las cenizas y el dializado se aproximan en valor (más precisamente, hasta que se igualan los potenciales químicos en las cenizas y el dializado). Si actualiza el disolvente, podrá eliminar casi por completo las impurezas. Este uso de la diálisis es apropiado cuando el objetivo de la purificación es eliminar todas las sustancias de bajo peso molecular que atraviesan la membrana. Sin embargo, en algunos casos la tarea puede resultar más difícil: solo es necesario eliminar una cierta parte de los compuestos de bajo peso molecular del sistema. Luego, como ambiente externo se utiliza una solución de aquellas sustancias que deben conservarse en el sistema. Ésta es precisamente la tarea que se plantea a la hora de depurar la sangre de desechos y toxinas de bajo peso molecular (sales, urea, etc.).

Ultrafiltración. La ultrafiltración es un método de purificación que consiste en hacer pasar un medio de dispersión junto con impurezas de bajo peso molecular a través de ultrafiltros. Los ultrafiltros son membranas del mismo tipo que las que se utilizan para la diálisis.

La instalación más sencilla para la depuración por ultrafiltración se muestra en la Fig. 4 (ver apéndice). El sol purificado o la solución del DIU se vierte en la bolsa desde el ultrafiltro. Se aplica al sol una presión excesiva en comparación con la presión atmosférica. Puede crearse utilizando una fuente externa (cilindro de aire comprimido, compresor, etc.) o una gran columna de líquido. El medio de dispersión se renueva añadiendo un disolvente puro al sol. Para garantizar que la velocidad de limpieza sea lo suficientemente alta, la actualización se realiza lo más rápido posible. Esto se logra utilizando un exceso de presión significativo. Para que la membrana resista tales cargas, se aplica sobre un soporte mecánico. Dicho soporte lo proporcionan mallas y placas perforadas, filtros de vidrio y cerámica.

Microfiltración. La microfiltración es la separación de micropartículas de tamaño comprendido entre 0,1 y 10 micras mediante filtros. El rendimiento del microfiltrado está determinado por la porosidad y el espesor de la membrana. Para evaluar la porosidad, es decir, la relación entre el área de los poros y el área total del filtro, se utilizan varios métodos: exprimir líquidos y gases, medir la conductividad eléctrica de las membranas, exprimir sistemas que contienen partículas calibradas de la fase de dispersión, etc.

Los filtros microporosos están hechos de sustancias inorgánicas y polímeros. Sinterizando polvos se pueden obtener membranas de porcelana, metales y aleaciones. Las membranas poliméricas para microfiltración suelen fabricarse a partir de celulosa y sus derivados.

Electrodiálisis. La eliminación de electrolitos se puede acelerar aplicando una diferencia de potencial impuesta externamente. Este método de purificación se llama electrodiálisis. Su uso para la purificación de diversos sistemas con objetos biológicos (soluciones proteicas, suero sanguíneo, etc.) se inició como resultado del exitoso trabajo de Doré (1910). El dispositivo del electrodializador más simple se muestra en la Fig. 5 (ver apéndice). El objeto a limpiar (sol, solución de DIU) se coloca en la cámara intermedia 1 y el medio se vierte en las dos cámaras laterales. En las cámaras del cátodo 3 y del ánodo 5, los iones pasan a través de los poros de las membranas bajo la influencia de un voltaje eléctrico aplicado.

La electrodiálisis es más adecuada para la purificación cuando se pueden aplicar altos voltajes eléctricos. En la mayoría de los casos, en la etapa inicial de purificación, los sistemas contienen muchas sales disueltas y su conductividad eléctrica es alta. Por lo tanto, a altos voltajes, se pueden generar cantidades significativas de calor y pueden ocurrir cambios irreversibles en sistemas que contienen proteínas u otros componentes biológicos. Por tanto, es racional utilizar la electrodiálisis como método de limpieza final, utilizando primero la diálisis.

Métodos de limpieza combinados. Además de los métodos de purificación individuales (ultrafiltración y electrodiálisis), se conoce su combinación: la electroultrafiltración, utilizada para la purificación y separación de proteínas.

Puede purificar y aumentar simultáneamente la concentración del sol o solución del DIU utilizando un método llamado electrodecantación. El método fue propuesto por W. Pauli. La electrodecantación se produce cuando el electrodializador funciona sin agitación. Las partículas o macromoléculas del sol tienen su propia carga y, bajo la influencia de un campo eléctrico, se mueven en dirección a uno de los electrodos. Como no pueden atravesar la membrana, aumenta su concentración en una de las membranas. Como regla general, la densidad de las partículas difiere de la densidad del medio. Por lo tanto, en el lugar donde se concentra el sol, la densidad del sistema difiere del valor promedio (generalmente la densidad aumenta al aumentar la concentración). El sol concentrado fluye hacia el fondo del electrodializador y se produce la circulación en la cámara, continuando hasta que las partículas se eliminan casi por completo.

Las soluciones coloidales y, en particular, las soluciones de coloides liófobos, purificadas y estabilizadas, pueden, a pesar de la inestabilidad termodinámica, existir durante un tiempo indefinidamente largo. Las soluciones de sol de oro rojo preparadas por Faraday aún no han sufrido cambios visibles. Estos datos sugieren que los sistemas coloidales pueden estar en equilibrio metaestable.

Solicitud

Lista de literatura usada

1. S. S. Voyutsky, Curso de química coloidal. Moscú, editorial "Química", 1976.

2. V. N. Zakharchenko, Química coloidal. Moscú, editorial "Higher School", 1989.

3. D. A. Friedrichsberg, Curso de química coloidal. Editorial "Química", sucursal de Leningrado, 1974.

4. Yu. G. Frolov, Curso de química coloidal. Fenómenos superficiales y sistemas dispersos. Moscú, editorial "Química", 1982.

5. E. D. Shchukin, A. V. Pertsev, E. A. Amelina, Química coloidal. Moscú, editorial "Higher School", 1992.

Dos métodos para producir sistemas dispersos: dispersión y condensación.

La dispersión y la condensación son métodos para producir sistemas libremente dispersos: polvos, suspensiones, soles, emulsiones, etc. Bajo dispersión entender la trituración y trituración de una sustancia; la condensación es la formación de un sistema disperso heterogéneo a partir de uno homogéneo como resultado de la asociación de moléculas, átomos o iones en agregados.

En la producción mundial de diversas sustancias y materiales, los procesos de dispersión y condensación ocupan uno de los lugares principales. Se obtienen miles de millones de toneladas de materias primas y productos en estado libremente disperso. Esto asegura la facilidad de transporte y dosificación, y también permite obtener materiales homogéneos a la hora de preparar mezclas.

Los ejemplos incluyen la trituración y molienda de minerales, carbón y producción de cemento. La dispersión se produce durante la combustión de combustible líquido.

Condensación Ocurre durante la formación de niebla, durante la cristalización.

Cabe señalar que durante la dispersión y condensación, la formación de sistemas dispersos va acompañada de la aparición de una nueva superficie, es decir, un aumento de la superficie específica de sustancias y materiales, a veces miles o más de veces. Por tanto, la producción de sistemas dispersos, salvo algunas excepciones, requiere un gasto energético.

La destrucción de materiales puede facilitarse mediante el uso. Efecto rehbinder – Reducción de la adsorción en el deterioro de los sólidos. Este efecto consiste en reducir la energía superficial con la ayuda de tensioactivos, lo que facilita la deformación y destrucción del sólido. Como tales tensioactivos, aquí llamados reductores de dureza, Por ejemplo, se pueden utilizar metales líquidos para destruir metales sólidos o tensioactivos típicos.

Los reductores de dureza se caracterizan por pequeñas cantidades que provocan el efecto Rebinder y la especificidad de acción. Los aditivos que mojan el material ayudan a que el medio penetre en los defectos y, con la ayuda de fuerzas capilares, también facilitan la destrucción del sólido. Los tensioactivos no sólo contribuyen a la destrucción del material, sino que también estabilizan el estado disperso, evitando que las partículas se peguen entre sí.

Los sistemas con el máximo grado de dispersión sólo se pueden obtener mediante métodos de condensación.

También se pueden preparar soluciones coloidales. por método de condensación química, basado en reacciones químicas acompañadas de la formación de sustancias insolubles o poco solubles. Para ello se utilizan varios tipos de reacciones: descomposición, hidrólisis, redox, etc.

Limpieza de sistemas dispersos.

Los soles y soluciones de compuestos de alto peso molecular (HMC) contienen compuestos de bajo peso molecular como impurezas indeseables. Se eliminan mediante los siguientes métodos.

Diálisis. La diálisis fue históricamente el primer método de purificación. Fue propuesto por T. Graham (1861). El diagrama del dializador más simple se muestra en la Fig. 3 (ver apéndice). El sol a purificar, o solución del DIU, se vierte en un recipiente cuyo fondo es una membrana que retiene partículas coloidales o macromoléculas y permite el paso de moléculas de disolvente e impurezas de bajo peso molecular. El medio externo en contacto con la membrana es un disolvente. Las impurezas de bajo peso molecular, cuya concentración es mayor en la ceniza o en la solución macromolecular, pasan a través de la membrana al ambiente externo (dializado). En la figura, la dirección del flujo de impurezas de bajo peso molecular se muestra mediante flechas. La purificación continúa hasta que las concentraciones de impurezas en las cenizas y el dializado se aproximan en valor (más precisamente, hasta que se igualan los potenciales químicos en las cenizas y el dializado). Si actualiza el disolvente, podrá eliminar casi por completo las impurezas. Este uso de la diálisis es apropiado cuando el objetivo de la purificación es eliminar todas las sustancias de bajo peso molecular que atraviesan la membrana. Sin embargo, en algunos casos la tarea puede resultar más difícil: solo es necesario eliminar una cierta parte de los compuestos de bajo peso molecular del sistema. Luego, como ambiente externo se utiliza una solución de aquellas sustancias que deben conservarse en el sistema. Ésta es precisamente la tarea que se plantea a la hora de depurar la sangre de desechos y toxinas de bajo peso molecular (sales, urea, etc.).

Ultrafiltración. La ultrafiltración es un método de purificación que consiste en hacer pasar un medio de dispersión junto con impurezas de bajo peso molecular a través de ultrafiltros. Los ultrafiltros son membranas del mismo tipo que las que se utilizan para la diálisis.

La instalación más sencilla para la depuración por ultrafiltración se muestra en la Fig. 4 (ver apéndice). El sol purificado o la solución del DIU se vierte en la bolsa desde el ultrafiltro. Se aplica al sol una presión excesiva en comparación con la presión atmosférica. Puede ser creado por una fuente externa (tanque de aire comprimido, compresor, etc.) o por una gran columna de líquido. El medio de dispersión se renueva añadiendo un disolvente puro al sol. Para garantizar que la velocidad de limpieza sea lo suficientemente alta, la actualización se realiza lo más rápido posible. Esto se logra utilizando un exceso de presión significativo. Para que la membrana resista tales cargas, se aplica sobre un soporte mecánico. Dicho soporte lo proporcionan mallas y placas perforadas, filtros de vidrio y cerámica.

Microfiltración . La microfiltración es la separación de micropartículas de tamaño comprendido entre 0,1 y 10 micras mediante filtros. El rendimiento del microfiltrado está determinado por la porosidad y el espesor de la membrana. Para evaluar la porosidad, es decir, la relación entre el área de los poros y el área total del filtro, se utilizan varios métodos: exprimir líquidos y gases, medir la conductividad eléctrica de las membranas, exprimir sistemas que contienen partículas calibradas de la fase de dispersión, etc.

Electrodiálisis. La eliminación de electrolitos se puede acelerar aplicando una diferencia de potencial impuesta externamente. Este método de purificación se llama electrodiálisis. Su uso para la purificación de diversos sistemas con objetos biológicos (soluciones proteicas, suero sanguíneo, etc.) se inició como resultado del exitoso trabajo de Doré (1910). El dispositivo del electrodializador más simple se muestra en la Fig. 5 (ver apéndice). El objeto a limpiar (sol, solución de DIU) se coloca en la cámara intermedia 1 y el medio se vierte en las dos cámaras laterales. En las cámaras del cátodo 3 y del ánodo 5, los iones pasan a través de los poros de las membranas bajo la influencia de un voltaje eléctrico aplicado.

Conjunto métodos de limpieza. Además de los métodos de purificación individuales (ultrafiltración y electrodiálisis), se conoce su combinación: la electroultrafiltración, utilizada para la purificación y separación de proteínas.

Un sistema disperso es un sistema en el que una sustancia se distribuye en el medio de otra y existe un límite de fase entre las partículas y el medio de dispersión. Los sistemas dispersos constan de una fase dispersa y un medio de dispersión.

La fase dispersa son partículas distribuidas en el medio. Sus signos: dispersión e intermitencia.

El medio de dispersión es el medio material en el que se encuentra la fase dispersa. Su signo es la continuidad.

Método de dispersión. Consiste en la trituración mecánica de sólidos hasta una dispersión determinada; dispersión por vibraciones ultrasónicas; dispersión eléctrica bajo la influencia de corriente alterna y continua. Para la obtención de sistemas dispersos por el método de dispersión se utilizan ampliamente dispositivos mecánicos: trituradoras, molinos, morteros, rodillos, trituradoras de pintura, agitadores. Los líquidos se atomizan y rocían mediante boquillas, trituradoras, discos giratorios y centrífugas. La dispersión de gases se lleva a cabo principalmente burbujeando a través de un líquido. En los polímeros de espuma, el hormigón celular y el yeso celular, los gases se producen utilizando sustancias que liberan gas a temperaturas elevadas o en reacciones químicas.

A pesar del uso generalizado de métodos de dispersión, no pueden utilizarse para obtener sistemas dispersos con un tamaño de partícula de -100 nm. Estos sistemas se obtienen mediante métodos de condensación.

Los métodos de condensación se basan en el proceso de formación de una fase dispersa a partir de sustancias en estado molecular o iónico. Un requisito necesario para este método es la creación de una solución sobresaturada a partir de la cual se debe obtener un sistema coloidal. Esto se puede lograr bajo ciertas condiciones físicas o químicas.

Métodos físicos de condensación:

1) enfriar vapores de líquidos o sólidos durante la expansión adiabática o mezclarlos con un gran volumen de aire;

2) eliminación gradual (evaporación) del disolvente de la solución o sustitución por otro disolvente en el que la sustancia dispersada sea menos soluble.

Así, la condensación física se refiere a la condensación de vapor de agua en la superficie de partículas sólidas o líquidas, iones o moléculas cargadas en el aire (niebla, smog).

El reemplazo de solvente da como resultado la formación de un sol cuando se agrega otro líquido a la solución original, que se mezcla bien con el solvente original pero es un mal solvente para el soluto.

Los métodos de condensación química se basan en la realización de diversas reacciones, como resultado de las cuales se precipita una sustancia no disuelta de una solución sobresaturada.

La condensación química puede basarse no solo en reacciones de intercambio, sino también en reacciones redox, hidrólisis, etc.

Los sistemas dispersos también se pueden obtener mediante peptización, que consiste en convertir sedimentos, cuyas partículas ya tienen tamaños coloidales, en una “solución” coloidal. Se distinguen los siguientes tipos de peptización: peptización por lavado del sedimento; peptización con tensioactivos; peptización química.

Desde un punto de vista termodinámico, el método más ventajoso es la dispersión.

Métodos de limpieza:

1. Diálisis: purificación de soles a partir de impurezas mediante membranas semipermeables lavadas con un disolvente puro.

2. Electrodiálisis: diálisis acelerada por un campo eléctrico.

3. Ultrafiltración: purificación presionando un medio de dispersión junto con impurezas de bajo peso molecular a través de una membrana semipermeable (ultrafiltro).

Propiedades moleculares-cinéticas y ópticas de sistemas dispersos: movimiento browniano, presión osmótica, difusión, equilibrio de sedimentación, análisis de sedimentación, propiedades ópticas de sistemas dispersos.

Todas las propiedades cinéticas moleculares son causadas por el movimiento espontáneo de las moléculas y se manifiestan en el movimiento browniano, la difusión, la ósmosis y el equilibrio de sedimentación.

El movimiento browniano es el movimiento continuo, caótico e igualmente probable en todas direcciones de pequeñas partículas suspendidas en líquidos o gases debido a la influencia de las moléculas de un medio de dispersión. La teoría del movimiento browniano se basa en la idea de la interacción de una fuerza aleatoria, que caracteriza los impactos de moléculas, una fuerza dependiente del tiempo y una fuerza de fricción cuando las partículas de una fase dispersa se mueven en un medio dispersivo a una velocidad cierta velocidad.

Además del movimiento de traslación, también es posible el movimiento de rotación, típico de partículas bidimensionales de forma irregular (hilos, fibras, escamas). El movimiento browniano es más pronunciado en sistemas muy dispersos y su intensidad depende de la dispersión.

La difusión es la propagación espontánea de una sustancia desde un área de mayor concentración a un área de menor concentración. Se distinguen los siguientes tipos:

1.)molecular

3) partículas coloidales.

La tasa de difusión en los gases es la más alta y en los sólidos es la menor.

La presión osmótica es el exceso de presión sobre una solución que es necesaria para evitar la transferencia de disolvente a través de la membrana. La DO ocurre cuando un solvente puro pasa hacia una solución o de una solución más diluida hacia una más concentrada, y por lo tanto está relacionada con la concentración del soluto y el solvente. La presión osmótica es igual a la presión que produciría la fase dispersa (soluto) si, en forma de gas, a la misma temperatura, ocupara el mismo volumen que el sistema coloidal (solución).

La sedimentación es la separación de sistemas dispersos bajo la influencia de la gravedad con separación de la fase dispersa en forma de sedimento. La capacidad de sedimentación de los sistemas dispersos es un indicador de su estabilidad de sedimentación. Los procesos de separación se utilizan cuando es necesario aislar uno u otro componente de algún componente de algún producto natural o preparado artificialmente, que es un sistema líquido heterogéneo. En algunos casos, se elimina un componente valioso del sistema, en otros, se eliminan impurezas no deseadas. En la restauración pública, los procesos de separación de sistemas dispersos son necesarios cuando es necesario obtener bebidas claras, clarificar el caldo y liberarlo de partículas de carne.

El comportamiento de un haz de luz al encontrar en su camino partículas de la fase dispersa depende de la relación entre la longitud de onda de la luz y el tamaño de las partículas. Si el tamaño de las partículas es mayor que la longitud de onda de la luz, entonces la luz se refleja desde la superficie de las partículas en un cierto ángulo. Este fenómeno se observa en suspensiones. Si el tamaño de las partículas es menor que la longitud de onda de la luz, entonces la luz se dispersa.

Métodos para la obtención de sistemas dispersos.

Conferencia 20. Fenómenos electrocinéticos.

Preguntas de autoevaluación

1. ¿Cuál es la diferencia entre adsorción sobre una superficie sólida y adsorción sobre una superficie líquida?

2. ¿Qué es la adsorción física y química, cuál es su esencia?

4. ¿En qué principios se basa la teoría de la adsorción monomolecular de Langmuir?

5. Dé la ecuación de la isoterma de adsorción de Langmuir. ¿Qué limita la adsorción?

6. Considere la ecuación de Freundlich. ¿En qué condiciones y para qué sistemas es aplicable?

7. Explique el principio de determinar gráficamente las constantes de adsorción utilizando la ecuación de Freundlich.

20.1 Métodos para la obtención de sistemas dispersos.

20.2 Electroforesis, electroósmosis, potenciales de sedimentación y percolación.

20.3 Potencial electrocinético y su definición.

Una sustancia química se puede obtener en estado coloidal bajo las siguientes condiciones:

1) el tamaño de partícula de una sustancia determinada debe llevarse a tamaños coloidales (10−5–10−7 cm), lo que se puede hacer mediante dos métodos: a) triturar las partículas de la sustancia al tamaño de un grado coloidal de dispersión (métodos de dispersión); b) ampliación de moléculas, átomos, iones a partículas de tamaño coloidal (métodos de condensación);

2) la presencia de un estabilizador, por ejemplo, iones electrolitos, que forman una capa de hidrato iónico en la superficie de las partículas coloidales y crean una carga que evita que las partículas se peguen cuando chocan en una solución;

3) las partículas coloidales (fase dispersa) deben tener poca solubilidad en un medio de dispersión, al menos en el momento de su preparación.

Si se cumplen estas condiciones, las partículas coloidales adquieren una carga eléctrica y una capa de hidratación, lo que evita que precipiten.

Los métodos de dispersión para producir sistemas coloidales se basan en triturar partículas relativamente grandes de la sustancia en fase dispersa hasta tamaños coloidales mediante dispersión mecánica, eléctrica, química y ultrasónica. Los métodos químicos de dispersión también incluyen los llamados. método de dispersión espontánea. Por ejemplo, disolviéndolos en agua se pueden obtener soluciones coloidales de almidón, gelatina, agar-agar, etc.. La dispersión espontánea se produce sin influencias mecánicas externas. Este método se utiliza ampliamente para obtener soluciones de sustancias de alto peso molecular a partir de polímeros sólidos.

Los métodos de condensación se basan en la transición de soluciones moleculares o iónicas a soluciones coloidales debido al aumento de tamaño de las partículas de una sustancia en fase dispersa. Los métodos de condensación incluyen el método de sustitución de disolventes, métodos químicos para producir soluciones coloidales mediante reacciones de oxidación, reducción, descomposición por intercambio, hidrólisis, etc., así como el método de peptización. Como resultado de todas las reacciones químicas, las soluciones moleculares o iónicas se vuelven coloidales al convertir sustancias disueltas en un estado insoluble. Los métodos de condensación, además de los procesos químicos, también pueden basarse en procesos físicos, principalmente el fenómeno de la condensación de vapor. En los métodos químicos para producir sistemas dispersos, una de las sustancias de partida actúa como estabilizador y se toma en exceso.

método de oxidación. Se basa en reacciones de oxidación, como resultado de las cuales una de las sustancias puede obtenerse en estado coloidal. Por ejemplo, cuando se oxida el sulfuro de hidrógeno con oxígeno atmosférico o dióxido de azufre, se puede obtener un sol de azufre:

2H2S + O2 → 2H2O + 2S

2H 2 S + SO 2 → 2H 2 O + 3S

Método de recuperación. Como ejemplo, damos la reacción de obtener un sol de oro reduciendo su sal con peróxido de hidrógeno o formaldehído:

2HAuCI 4 + 3H 2 O 2 → 2Au + 8HCI + 3O 2

2HAuCI 4 + 3HCHO + 11KOH → 2Au + 3HCOOK + 8KCI + 8H 2 O

La reacción de reducción produjo muchos metales en estado coloidal, por ejemplo, Au, Ag, Pt, Pd, Os, Hg, etc.

Método de descomposición del intercambio. Un ejemplo es la reacción para producir sol de sulfato de bario:

BaCI 2 + K 2 SO 4 → BaSO 4 + 2KCI

o cloruro de plata

AgNO 3 + KCI → AgCI + KNO 3.

Método de hidrólisis. Durante la hidrólisis del cloruro de hierro (III) se forma hidróxido de Fe (III) ligeramente soluble:

FeCI 3 + 3HOH → Fe(OH) 3 + 3HCI,

Fe(OH)3 + HCl → FeOCI + 2H2O

El oxicloruro férrico formado como resultado de estas reacciones se disocia parcialmente en iones:

FeOCI ↔ FeO + + CI −

Estos iones proporcionan una capa iónica alrededor de las partículas de Fe(OH)3, manteniéndolas suspendidas.

método de peptización. La peptización es la transición de los sedimentos formados durante la coagulación a una solución coloidal. Puede ocurrir al lavar sedimentos bajo la influencia de agentes peptizantes, que utilizan electrolitos. No hay ningún cambio en el grado de dispersión de las partículas de sedimento, sólo su desconexión.

Por esta razón, el método de peptización, condensación en las etapas iniciales y dispersión en las etapas finales, ocupa una posición intermedia entre la condensación y la dispersión. Un ejemplo de sol obtenido por peptización es la síntesis del sol azul de Prusia.