Problemas de coloides químicos

Capítulo 12 Química Coloidal

Principales fórmulas y sus condiciones de aplicación

1. Sistema coloidal y sus características

Coloide: Un sistema altamente disperso en el que la linealidad de las partículas de la fase dispersa en una determinada dirección está en el rango de 1 a 100 nm se llama coloide. El coloide formado en agua por metales y haluros, sulfuros o hidróxidos que son insolubles en agua se llama sol liófobo (denominado coloide). Las partículas de sol liófobo están compuestas por una gran cantidad de moléculas y tienen una interfaz de fase grande. Por lo tanto, el sol liófobo tiene las características de alta dispersión, heterogeneidad e inestabilidad termodinámica.

2. Propiedades dinámicas de los sistemas coloidales

(1) Movimiento browniano

Las partículas del cuerpo continúan moviéndose irregularmente debido al impacto desequilibrado de las moléculas en el medio de dispersión. Este movimiento se llama deportes brownianos. El desplazamiento promedio se puede calcular según la siguiente fórmula de desplazamiento de Einstein-Brown

En la fórmula: t es el tiempo, r es el radio de la partícula y eta es la viscosidad del medio.

(2) Difusión, sedimentación y equilibrio de sedimentación

La difusión se refiere al desplazamiento direccional macroscópico de partículas materiales (incluidas las partículas coloidales) debido al movimiento térmico cuando existe un fenómeno de gradiente de concentración. .

La sedimentación se refiere al fenómeno de hundimiento de partículas coloidales debido a la gravedad.

Equilibrio de sedimentación: cuando la velocidad de sedimentación de las partículas coloidales es igual a su velocidad de difusión, la concentración de partículas coloidales en el medio forma una cierta distribución con la altura y no cambia con el tiempo. Este estado se llama coloidal. partículas en equilibrio de sedimentación. La relación entre la densidad numérica C y la altura h es:

donde ρ y ρ0 son las densidades de las partículas y del medio respectivamente, M es la masa molar de las partículas y g es la aceleración gravitacional. . Esta fórmula es adecuada para el equilibrio de asentamiento de partículas dispersas de una sola etapa en un campo gravitacional.

3. Propiedades ópticas

Cuando un haz de luz visible procedente de una fuente puntual se irradia sobre un sistema coloidal, se puede observar un cono de luz brillante en la dirección perpendicular a la luz incidente. Este fenómeno se denomina fenómeno de Tyndall. El fenómeno Tyndall ocurre porque el tamaño de las partículas coloidales es menor que la longitud de onda de la luz visible, lo que resulta en dispersión de la luz. La intensidad I de la luz dispersada se puede calcular mediante la siguiente fórmula de Rayleigh:

En la fórmula: I0 y λ representan la intensidad y longitud de onda de la luz incidente; n y n0 son el índice de refracción de la fase dispersa; y el medio disperso respectivamente; α es el ángulo de dispersión es el ángulo entre la dirección de observación y la luz incidente; V es el volumen de una sola partícula de fase dispersa; C es la densidad numérica de la fase dispersa; l es la distancia entre el observador; y el centro de dispersión. Esta fórmula es adecuada para partículas cuyo tamaño es menor que la longitud de onda de la luz incidente. Las partículas pueden denominarse fuentes de luz puntuales y no son conductoras. La luz dispersada de las partículas no interfiere entre sí.

4. Propiedades eléctricas

Los coloides son sistemas termodinámicamente inestables y un factor importante en su existencia a largo plazo es el resultado de la carga de las propias partículas coloidales. Las pruebas de que las partículas coloidales están cargadas incluyen: electroforesis, electroósmosis, potencial de flujo y potencial de sedimentación y otros fenómenos electrodinámicos. La electroforesis y la electroósmosis se refieren al movimiento relativo de la fase dispersa y el medio de dispersión en el coloide bajo la acción de un campo eléctrico externo y el potencial de sedimentación se refiere al movimiento relativo de la fase dispersa y el medio de dispersión cuando se aplica una fuerza externa; El campo actúa sobre el coloide, dando como resultado una diferencia de potencial. La razón del fenómeno eléctrico mencionado anteriormente es que las partículas coloidales tienen una estructura eléctrica de doble capa.

5. Modelo Stern Electric Doble Capa

Dentro de los modelos de doble capa relacionados con la carga de partículas coloidales, el modelo Stern Electric Doble Capa es el más utilizado. Su estructura eléctrica de doble capa se puede representar mediante el siguiente modelo (Figura 12-1).

En la figura: Potencial termodinámico: representa la diferencia de potencial entre la superficie sólida y el cuerpo de solución. Potencial de popa: la diferencia de potencial entre la superficie de popa y el cuerpo líquido. Potencial ζ (potencial de flujo): cuando la fase dispersa y el medio de dispersión se mueven entre sí, la diferencia de potencial entre la superficie deslizante y el cuerpo de la solución. La fórmula para calcular el potencial eléctrico a partir de la tasa de electroforesis o tasa de electroósmosis es la siguiente:

En la fórmula: ε es la constante dieléctrica del medio, ε0 es la constante dieléctrica del vacío v es la tasa de electroforesis, en unidades; E es el gradiente de potencial eléctrico, la unidad es V·m-1; eta es la viscosidad del medio, la unidad es Pa·s.

6. Estructura micelar

Según la estructura de doble capa eléctrica de adsorción y Stern, la estructura micelar del sol se divide en tres niveles: núcleo coloidal, partículas coloidales y micelas. Tomando el sol de AgCl como ejemplo, cuando se usan KCl y AgNO3 para preparar el sol de AgCl, si AgNO3 es ligeramente excesivo, las partículas sólidas compuestas por varias partículas de AgCl adsorben preferentemente iones (Ag+) con el mismo elemento que ellas mismas para formar un núcleo coloidal. Luego escriba las partículas coloidales y micelas respectivamente de acuerdo con la estructura eléctrica de doble capa, es decir, las partículas coloidales están cargadas positivamente.

Pero si se utiliza un ligero exceso de KCl para preparar AgCl, la estructura micelar será

la micela estará cargada negativamente.

7. Estabilidad y coagulación del sol

(1) Hay tres razones para la estabilidad del sol: carga de partículas coloidales, solvatación y movimiento browniano.

(2) Coagulación: se refiere al fenómeno en el que las partículas coloidales del sol se aglomeran entre sí y se convierten en partículas grandes hasta que se produce la precipitación. Hay muchos factores que conducen a la aglomeración del sol, pero el efecto de la aglomeración del sol cuando se agrega electrolito es significativo. Para comparar el efecto de coagulación de diferentes electrolitos en el sol, se introduce el valor de aglomeración. El valor de aglomeración es una instrucción obvia. Aglomeración de sol. Concentración mínima de electrolito requerida. El recíproco del valor de coagulación se llama capacidad de coagulación.

Cabe señalar que los iones que tienen carga opuesta a las partículas coloidales (es decir, contraiones) desempeñan un papel principalmente en la coagulación. Cuanto mayor es la valencia de los contraiones, menor es el valor de coagulación. . Diferentes contraiones con la misma valencia y número de iones tienen diferentes capacidades de coagulación, como