Какие особенности конденсационных подходов делают их незаменимыми при получении ряда материалов в коллоидном состоянии

ЛЕКЦИЯ 4

«Возникновение дисперсной системы в результате образования (и последующего роста) зародышевых частиц новой стабильной фазы возможно в любой метастабильной системе»

Е.Д. Щукин

В предыдущей лекции были рассмотрены диспергационные методы, которые связаны с дроблением крупных частиц до желаемой дисперсности и широко используются для получения разнообразных дисперсных систем. В отличие от них конденсационные методы основаны на объединении молекул, атомов или ионов в агрегаты коллоидных размеров. Какие особенности конденсационных подходов делают их незаменимыми при получении ряда материалов в коллоидном состоянии?

К конденсационным способам получения дисперсных систем относятся конденсация, кристаллизация и десублимация. Они основаны на образовании новой фазы в условиях пересыщенного состояния веществ в газовой или жидкой среде. Необходимым условием конденсации является пересыщение и неравномерное распределение веществ в дисперсионной среде (флуктуации концентрации), а также образование центров конденсации или зародышей. При этом система из гомогенной переходит в гетерогенную. Конденсация и десублимация характерны для газовой, а кристаллизация для жидкой среды.

Методы конденсации не требуют специальных машин и дают возможность получать дисперсные системы с меньшим размером частиц по сравнению с диспергационными методами. В частности, диспергационные методы (за исключением метода пептизации и метода Бредига) не позволяют получать наноразмерные дисперсные системы (1-100 нм). Для этой цели обычно используют конденсационные методы. При этом в зависимости от условий синтеза формируются частицы дисперсной фазы любых размеров. Еще одно преимущество конденсационного подхода заключается в том, что он в большинстве случаев не требуют существенной затраты внешней работы.

Как и в случае диспергационных методов получения дисперсных систем, выделяют физическую, физико-химическую и химическую конденсацию. Перечислите и охарактеризуйте основные конденсационные методы, систематизировав их по указанным признакам.

Химическая конденсация является основным конденсационным методом. Метод основан на проведении химических реакций, в результате которых из истинных растворов реагентов образуются малорастворимые вещества, которые образуют частицы дисперсной фазы. Для химической конденсации могут быть использованы реакции всех типов: окисления-восстановления, гидролиза, обмена, замещения, нейтрализации и т. д.

Рекомендуемые материалы

Например, в процессе щелочного гидролиза получают золи гидроксида индия:

In(NO₃)₃ + 3 NaOH → In(OH)₃ + 3 NaNO₃

Люди также интересуются этой лекцией: Лекция 6 - Классификация ЧС.

По реакции двойного обмена получают золь иодида серебра:

AgNO₃ + NaI → AgI + NaNO₃

Среди основных физических методов конденсации выделяют метод конденсации из паров и метод Рогинского-Шальникова.

В методе конденсации из паров параметры системы регулируют таким образом, чтобы давление паров вещества, из которого планируют получить дисперсную систему, превышало бы их равновесное давление; в результате возникает пересыщение, и из гомогенной системы выделяется новая фаза в виде микроскопических частиц, т. е. образуется дисперсная система. В качестве примера можно привести образование тумана. Как это происходит? В дневное время суток образуется насыщенный при данной температуре водяной пар, а при более низкой ночной температуре такой пар является уже пересыщенным и образуется новая фаза – взвешенные в воздухе капельки жидкости, которые мы называем туманом.

Обратите внимание на то, что метод Бредига, который рассматривался в предыдущей лекции как диспергационный метод, может также рассматриваться и как частный случай метода конденсации из паров, ведь он включает как стадию распыления материала, так и конденсацию образующихся в результате распыления паров!

Метод замены растворителя является физико-химическим подходом к получению дисперсных систем. Он основан на том, что некоторые вещества хорошо растворяются в одной среде с образованием истинного раствора (канифоль в спирте, хлорид натрия в воде), а в других средах их растворимость гораздо ниже (канифоль в воде, хлорид натрия в бензоле). В таком случае  при постепенном добавлении воды в раствор канифоли в спирте происходит образование водно-спиртовой смеси; при этом растворимость канифоли резко понижается и происходит образование коллоидного раствора канифоли. Аналогичным образом получают золи хлорида натрия в бензоле, серы в воде и др.