На чем основаны методы физического диспергирования и чем они отличаются от механического диспергирования
Обратите внимание: важность механического диспергирования подчеркивается тем, что оно выделено в индивидуальную группу методов и рассматривается отдельно от физического диспергирования. На чем основаны методы физического диспергирования и чем они отличаются от механического диспергирования?
Физическое диспергирование, в отличие от механического, предполагает использование таких приемов измельчения материалов, которые не требуют затрат механической работы (частного случая физической работы); при этом химический состав диспергируемых веществ и материалов, из которых изготовлены детали диспергирующих устройств, не изменяется. Это главным образом методы, основанные на использовании звуковых (чаще ультразвуковых) волн и электрического потенциала.
Так, для диспергирования не очень прочных материалов в настоящее время достаточно широко применяют ультразвуковой метод. Метод основан на возникновении в жидкости или твердом теле локальных сжатий или растяжений при прохождении волны высокой энергии, а также вследствие образования и «схлопывания» полостей, заполняемых растворенными в жидкости газами. В результате за короткие промежутки времени (10-4-10-5 с) возникают огромные локальные изменения давления (~108 Па) Таким методом получают коллоидные растворы серы, гипса, графита, лекарственных веществ, полимеров. Ультразвуковое диспергирование часто используется в лабораторных условиях для получения золей оксидов и гидроксидов металлов.
К электрическим методам физического диспергирования относят метод распыления заряженных частиц материалов в электрическом поле (так производят, главным образом, дробление жидкостей на капли) и метод диспергирования в колебательном разряде высокого напряжения. Таким образом, в зависимости от вида внешней работы диспергационные методы можно подразделить на механическое и физическое (ультразвуковое и электрическое диспергирование).
В качестве физико-химических методов диспергирования рассматривают пептизацию и метод электрического распыления материалов в вольтовой дуге (метод Бредига).
Пептизацией называют переход осадков в коллоидный раствор под действием специальных стабилизирующих добавок (пептизаторов), либо за счет удаления из системы ионов, способствующих агрегации частиц. В роли пептизаторов могут выступать раствор электролита, поверхностно-активного вещества или растворитель. Пептизировать можно только свежеприготовленные осадки, в которых частицы коллоидного размера соединены в более крупные агрегаты через прослойки ДС. По мере хранения осадков происходят явления рекристаллизации и старения, приводящие к сращиванию частиц друг с другом, что препятствует пептизации. Пептизацию относят к методам диспергирования условно, т. к. в ее основе лежит и метод конденсации, т. е. предварительное получение агрегатов из истинных растворов. Метод пептизации, в отличие от других диспергационных методов, позволяет также добиться получения коллоидных систем с малым размером частиц (до 1 нм), что характерно в основном для методов конденсации.
Суть метода электрического распыления материалов в вольтовой дуге (метод Бредига) состоит в том, что через охлаждаемую дисперсионную среду пропускают электрический ток между электродами изготовленными из материала, коллоидный раствор которого хотят получить. Таким методом в основном получают золи металлов. В данном случае метод основывается только на физическом распылении металлов с последующей конденсацией паров. При введении в дисперсионную среду дополнительных реагентов (окислителей, комплексообразователей) возможно получение оксидов и других соединений металлов за счет протекания химических реакций. Метод, изобретенный Г. Бредигом, может рассматриваться и как конденсационный метод.
Вопросы и задания для самоконтроля знаний по материалу 3-й лекции
1. Какими методами получают коллоидные системы?
Рекомендуемые материалы
2. В чем сущность диспергационных методов получения дисперсных систем?
3. Продолжите фразу: «В зависимости от вида внешней работы, которая совершается над грубодисперсной системой, диспергационные методы можно подразделить на...»
4. Перечислите процессы, которые имеют место при получении дисперсных систем по методу Г. Бредига.
5. Как Вы думаете, какой из диспергационных методов лучше применить для диспергирования крахмала, графита, серы?
6. Считается, что ультразвуковой метод диспергирования наиболее приемлем для получения суспензий лекарственных веществ. Как Вы думаете, почему?
7. К какому виду диспергирования относится пептизация? Что это за метод?
Вместе с этой лекцией читают "Совершенный человек как цель народного воспитания".
8. Насколько правильно относить пептизацию к диспергационным методам?
9. Какие виды пептизации Вам известны?
10. Рассмотрите получение золя CaSO4 методом адсорбционной пептизации, используя в качестве исходных веществ CaCl2 и H2SO4 и CaCl2 в качестве пептизатора. Напишите формулу мицеллы и укажите знак электрического заряда коллоидных частиц этого золя. Поясните строение мицеллы и механизм ее образования.
11. Поясните, как формируется мицелла в соответствии с правилом Панета-Фаянса при пептизации свежеприготовленного осадка PbCl2 раствором HCl. Назовите составные части мицеллы.
12. На примере мицеллы, полученной способом, описанным в вопросе 10, поясните, что такое двойной электрический слой (ДЭС).
13. Опишите, что происходит с ДЭС при получении золя пептизационным методом промывания осадка растворителем. В качестве примера возьмите золь H2SiO3, стабилизированный Na2SiO3.
