2. Методы получения и очистки дисперсных систем

Все методы получениядисперсных систем сводятся либо к объединению молекул или ионов в агрегаты дисперсной фазы, либо к доведению частиц вещества до определенной степени дисперсности.

В соответствии с этим получение дисперсных систем осуществляется конденсацией и диспергированием. В основе этих методов лежат два противоположных процесса – агрегация более мелких частиц (конденсация) и дробление более крупных частиц (диспергирование), приводящих к единому результату – образованию дисперсных систем.

Конденсационные методы получения лиофобных коллоидов

Взаимодействие ионов и молекул с образованием частиц коллоидных размеров может быть достигнуто физическими и химическими методами.

Химическая конденсация

Метод окисления. В результате реакции окисления может быть получен коллоидный раствор, например: 2H₂S + SO₂  3S + 2H₂O.

Образующиеся атомы нейтральной серы затем самопроизвольно конденсируются в коллоидные частицы серы:

{[S]_m nHS^– (n-x) H⁺}^x– xH⁺.

Реакция восстановления. На реакции восстановления основан один из наиболее распространенных химических методов получения коллоидных растворов металлов. В качестве восстановителей обычно используются вещества, обладающие восстанавливающими свойствами, как, например, газообразный водород, формалин, танин.

Например, реакции получения золя серебра восстановлением разбавленных растворов солей серебра в щелочной среде танином (С₇₆Н₅₂О₄₆):

AgNO₃ + K₂CO₃  Ag₂O + 2KNO₃ + CO₂

3Ag₂O + С₇₆Н₅₂О₄₆  6Ag + C₇₆H₅₂O₄₉

Строение мицеллы данного золя можно представить следующей схемой: {[Ag]_mmAg₂OnAgO^–(n-x) K⁺}^x–xK⁺.

В медицине применяются коллоидные препараты серебра – колларгол, протаргол.

Красный золь золота, применяемый в медицине, получают восстановлением натриевой соли золотой кислоты формальдегидом:

NaAuO₂ + HCOH + Na₂CO₃    Au + HCOONa + H₂O.

Строение мицеллы данного золя можно представить следующей схемой: {[Au]_m· nAuO₂^–· (n-x) Na⁺}^x–  xNa⁺.

Реакция обмена. В результате реакции обмена образуется новое малорастворимое вещество, способное сохраняться в высокодисперсном состоянии при наличии ряда соответствующих благоприятных условий (концентрация реагирующих веществ, примеси и др.). Примером может служить получение золя сернистого мышьяка:

2H₃AsO₃ + 3H₂S  As₂S₃ + 6H₂O,

{[Аs₂S₃]m  nНS^–·(n-x)Н⁺}^x– xН⁺

Реакция гидролиза. Гидролизом широко пользуются при получении золей из солей, если в результате реакции гидролиза образуются плохо растворимые вещества. Так, например, нерастворимый гидроксид железа(III) получается при гидролизе хлорида железа(III) при температуре 100С по уравнению: FeCl₃+ 3H₂O ((;t( Fe(OH)₃ + 3HCl.

Образующийся на поверхности его частиц оксохлорид железа(III), Fe(OH)₃ + HCl  FeOCl + 2H₂O, диссоциирует на ионы:

FeOCl  FeO⁺ +Cl^–, которые образуют двойной электрический слой вокруг частиц Fe(OH)₃ и удерживают их во взвешенном состоянии:

{[Fe(OH)₃]_m nFeO⁺ (n–x)Cl^–}^x+ xCl^–.

Физическая конденсация

Метод замены растворителя. Метод основан на выделении растворенного вещества из раствора в виде высокодисперсной нерастворимой фазы путем замены растворителя. Молекулы растворенного вещества, находящегося в состоянии молекулярной дисперсности в одном растворителе, попадая в условия малой растворимости при замене растворителя, начинают конденсироваться в более крупные коллоидные частицы. Данным методом можно приготовить золи серы, холестерина, канифоли, мастики при вливании спиртовых растворов этих веществ в воду.

Диспергационные методы получения дисперсных систем

Диспергированием называют тонкое измельчение твердых материалов или жидкостей и распределение их частиц в жидкой или газообразной среде, в результате чего образуются порошки, суспензии, эмульсии, аэрозоли.

Механические методы. Для дробления веществ в лабораториях и на производствах применяются устройства, работающие по принципу ударного размельчения и растирания, диспергируемых материалов; к таким устройствам относятся шаровые и коллоидные мельницы.

Ультразвуковой метод. Диспергирующее действие ультразвука связано с тем, что при прохождении звуковой волны в жидкости происходят локальные быстро сменяющиеся сжатия и растяжения, которые создают разрывающее усилие и приводят к диспергированию взвешенных частиц. Таким путем получают высокодисперсные эмульсии и суспензии, в том числе пригодные для внутривенного введения. Кроме того, при действии ультразвука на коллоидные растворы, эмульсии, суспензии происходит их стерилизация, так как кавитация (образование пузырьков) вызывает разрушение тел микроорганизмов и их спор. Кавитация возникает во время ударной волны при липотрипсии и играет важную роль при разрушении камней в почках.

Электрический метод. Метод получения коллоидных растворов при помощи электричества, который предложен Бредигом (1898), можно использовать главным образом, для приготовления гидрозолей благородных металлов. Этот метод основан на получении электрической дуги между электродами, состоящими из диспергируемого металла (серебра, золота). Под воздействием высокой температуры происходит испарение материала электродов в дисперсионной водной среде. Затем пары металла конденсируются в коллоидные частицы, образуя соответствующий золь. Процесс проводят при охлаждении.

Метод самопроизвольного диспергирования. Этот метод может быть использован для получения растворов высокомолекулярных веществ из твердых полимеров диспергированием их в соответствующих растворителях, как, например, при растворении в воде крахмала, гуммиарабика, желатина, сухого белка, агар-агара.

Метод самопроизвольного диспергирования твердого вещества в жидкой среде приводит к образованию двухфазной устойчивой коллоидной системы. Самодиспергирование совершается без внешних механических воздействий на этот процесс; так, например, некоторые масла могут самопроизвольно эмульгироваться в воде при наличии в среде стабилизатора (15 – 35% натриевого мыла).