Свойства коллоидных систем

Молекулярно-кинетические свойства коллоидных систем

Подобно молекулам истинного раствора, коллоидные частицы золей находятся в непрерывном беспорядочном движении. Интенсивность движения быстро уменьшается по мере увеличения размеров частиц. Непрерывное движение препятствует оседанию частиц и является одной из причин устойчивости коллоидных систем. Беспорядочное движение коллоидных частиц получило название броуновского движения — по имени первого его наблюдателя ботаника Р. Броуна. Причиной видимого движения коллоидных частиц является невидимое движение молекул растворителя, непрерывно сталкивающихся с коллоидными частицами.

Так как коллоидные частицы обладают тепловым движением, то для них характерно явление диффузии. Связь между средним смещением частицы — Д/ за время т и коэффициентом диффузии была установлена теоретически А. Эйнштейном и выражается следующей формулой:

где D — коэффициент диффузии, равный количеству вещества, переходящему за 1 с через сечение в 1 см², когда разность концентрации на расстоянии 1 см равна единице:

где R — универсальная газовая постоянная; Т — температура системы, К; г — радиус частиц; г| — вязкость среды; N — число Авогадро.

На основании измерений D (см² с¹) можно определить г взвешенных частиц и молярную массу распределенных веществ различной степени дисперсности. Для измерения величины D определяют скорость изменения концентрации в заданном слое — по изменению показателя преломления, поглощения света и другими методами.

Осмотическое давление коллоидных растворов ничтожно мало по сравнению с осмотическим давлением истинных растворов. Если взять для приготовления истинного и коллоидного растворов равные количества вещества, то частицы коллоидного раствора будут крупнее, чем частицы истинного раствора, а поэтому и число их будет меньше.

В коллоидных системах наблюдается своеобразное распределение коллоидных частиц по высоте. В нижних слоях раствора концентрация частиц дисперсной фазы значительно выше, чем в верхних. Такое распределение частиц называется перреновским седиментационным равновесием. Подобное распределение коллоидных частиц по высоте раствора аналогично распределению газов в атмосфере. Если коллоидную систему, имеющую указанное распределение частиц, вывести из этого равновесия, например, путем взбалтывания раствора, то через некогорое время она снова придет в прежнее состояние. Скорость установления седиментационного равновесия сравнительно мала (измеряется днями), однако оно сохраняется в системе в течение неопределенно долгого времени.

Характеристикой кинетической устойчивости является гипсометрический закон, который применительно к коллоидным системам имеет вид.

где h — высота слоя, в котором концентрация частиц изменяется от п_х до п₂; N — число Авогадро; т — масса частицы; g — ускорение силы тяжести; р — плотность вещества дисперсной фазы; р₀ — плотность дисперсионной среды.

Это уравнение позволяет определить мицеллярную массу диспергированного вещества.