Протопопов А.В., Комарова Н.Г. Лабораторный практикум по коллоидной химии

Подождите немного. Документ загружается.

мi

RTdp

dpV ln

(12.8)

где V

– молярный объем газа; p

– равновесное давление в газовой фазе вне

адсорбционного слоя; p – давление насыщенного пара в области поверхностного слоя.

Под адсорбционным потенциалом следует понимать работу, совершаемую против

адсорбционных сил при перемещении 1 моля адсорбтива (пара) из данный точки поля в

газовую фазу. Очевидно, максимальный адсорбционный потенциал должен существовать на

границе адсорбент — адсорбционный объем. На границе адсорбционный объем — газовая

фаза, то есть там, где кончается действие адсорбционных сил, потенциал должен быть

равным нулю. Потенциал, отвечающий точке i, находящейся на поверхности раздела

жидкость — газ в адсорбционном объеме, можно представить как работу сжатия 1 моль газа

при температуре Т.

12.4 Теория полимолекулярной адсорбции БЭТ

Делались попытки обобщить теории Ленгмюра и Поляни. Одной из наиболее удачных

попыток является так называемая теория БЭТ (теория Брунауэра-Эммета-Теллера, 1935-

1940 гг).

Основные положения теории БЭТ:

1. На поверхности адсорбента имеется определенное число активных центров.

2. Взаимодействием адсорбированных молекул в первом и последующих слоях

пренебрегают.

3. Каждая молекула первого слоя может стать активным центром для адсорбции

и образования последующих слоев.

4. Предполагается, что во втором и последующих слоях все молекулы имеют

такую же сумму статистических состояний, как и жидкости.

Таким образом, адсорбированная фаза может быть представлена как совокупность

адсорбционных комплексов — молекулярных цепочек, начинающихся молекулами первого

слоя, непосредственно связанных с поверхностью адсорбента. При этом цепочки не

взаимодействуют друг с другом. Схема строения адсорбционного слоя по теории БЭТ

показана на рисунке 7:

Рисунок 7 – Схема строения адсорбционного слоя по теории БЭТ

Теория Поляни не позволяет вывести уравнение изотермы адсорбции. Теория БЭТ,

как и теория Ленгмюра, дает аналитическое уравнение для изотермы, которая в этом случае

имеет S-образную форму.

Брунауэр, Эммет и Теллер при выводе уравнения рассматривают адсорбцию молекул

пара как серию квазихимических реакций образования единичных и кратных адсорбционных

комплексов:

пар + свободная поверхность ↔ единичные комплексы

пар + единичные комплексы ↔ двойные комплексы

пар + двойные комплексы ↔ тройные комплексы и т. д.

При этом теплота адсорбции первого слоя молекул, то есть теплота образования

единичных комплексов, гораздо больше, чем для всех последующих слоев. Теплоты

адсорбции всех последующих слоев приблизительно одинаковы и равны теплоте объемной

конденсации. На основе этих представлений Брунауэр, Эммет и Теллер вывели следующее

уравнение изотермы адсорбции паров:

1 1 1

(12.9)

где p

– давление насыщенного пара при данной температуре;

- относительное

давление пара.

Уравнение изотермы полимолекулярной адсорбции БЭТ легко привести к линейной

форме:

)1(

(12.10)

по которому можно построить линейную зависимость в координатах [P/P

]/[A(1–P/P

)] от

[P/P

] и определить константы С и А

∞

Теория БЭТ, так же как и теория Ленгмюра, указывает путь для определения

удельной поверхности адсорбента. Найдя А

∞

для паров простых веществ при низких

температурах и зная площадь, занимаемую молекулой адсорбтива, легко вычислить

удельную поверхность адсорбента.

В качестве адсорбатов используют инертные газы (азот, аргон, криптон и др.),

которые характеризуются слабым межмолекулярным взаимодействием на поверхности

адсорбента, что находится в соответствии с исходными допущениями теории, а это

обеспечивает достоверность получаемых результатов. Для увеличения адсорбции таких газов

ее ведут при низких температурах, откуда и частое название метода БЭТ — метод

низкотемпературной адсорбции.

13 Адсорбционное понижение прочности. Эффект Ребиндера

Многие технологические процессы начинаются с дробления и измельчения. Это одна

из самых массовых и энергоемких операций современной технологии. Размалывают зерно,

превращая его в муку, размалывают руду, уголь, горные породы, необходимые для

производства цемента, стекла. Размалывают ежегодно миллиарды тонн сырья, затрачивая

громадное количество электроэнергии.

Явление адсорбционного влияния среды на механические свойства и структуру

твердых тел - эффект Ребиндера - было открыто академиком Петром Александровичем

Ребиндером в 1928 году. Сущность этого явления состоит в облегчении деформирования и

разрушения твердых тел и самопроизвольном протекании в них структурных изменений в

результате понижения их свободной поверхностной энергии при контакте со средой,

содержащей вещества, способные к адсорбции на межфазной поверхности. Многие явления,

наблюдаемые в природе, технике и научно-исследовательской практике, имеют своей

основой эффект Ребиндера.

В зависимости от химической природы твердого тела и среды, условий

деформирования и разрушения структуры твердого тела эффект Ребиндера может

проявляться в различных формах: адсорбционного пластифицирования (облегчения

пластического деформирования), адсорбционного понижения прочности или

самопроизвольного диспергирования структуры твердого тела. Несмотря на разнообразие

форм проявления, можно выделить ряд общих особенностей, характерных для эффекта

Ребиндера:

1) Действие сред весьма специфично: на каждый данный тип твердого тела действуют

лишь некоторые определенные среды.

2) Изменение механических свойств твердых тел можно наблюдать сразу после

установления контакта со средой.

3) Для проявления действия среды достаточно весьма малых ее количеств.

4) Эффект Ребиндера проявляется лишь при совместном действии среды и

механических напряжений.

5) Наблюдается своеобразная обратимость эффекта: после удаления среды

механические свойства исходного материала полностью восстанавливаются.

В этих особенностях состоит отличие эффекта Ребиндера от других возможных

случаев влияния среды на механические свойства твердых тел, в частности, от процессов

растворения и коррозии, когда разрушение тела под действием среды может происходить и в

отсутствие механических напряжений. В последнем случае обычно необходимо воздействие

значительных количеств агрессивной среды.

Адсорбционное понижение прочности (АПП) наблюдается в присутствии сред,

вызывающих сильное снижение поверхностной энергии твердых тел. Наиболее сильные

эффекты вызывают жидкие среды, близкие твердому телу по молекулярной природе. Так,

для твердых материалов такими средами являются расплавы более легкоплавких металлов;

для ионных кристаллов и оксидов - вода, растворы электролитов и солевые расплавы; для

молекулярных неполярных кристаллов - углеводороды. Среди многочисленных сред

одинаковой молекулярной природы значительное снижение прочности твердых тел часто

вызывают вещества, образующие с твердым телом простую эвтектическую диаграмму с

небольшой растворимостью в твердом состоянии; этому отвечает малая по величине

положительная энергия смешения компонентов. В системах с малой интенсивностью

взаимодействия компонентов (взаимной нерастворимостью), также как и в случае очень

большого взаимного сродства, особенно если компоненты вступают в химическую реакцию,

АПП обычно не наблюдается.

При хрупком разрушении связь прочности Р с поверхностной энергией описывается

уравнением Гриффитса:

(13.1)

где Е - модуль упругости твердого тела, l - характерный размер существующих в нем

или возникающих при предварительном пластическом деформировании дефектов -

зародышевых трещин разрушения. В соответствии с соотношением Гриффитса,

справедливым в условиях хрупкого разрушения, отношение прочностей материала в

присутствии P

и в отсутствие среды P

равно корню квадратному из отношения

соответствующих поверхностных энергий: P

)

1/2

. При разрушении твердых тел в

присутствии смесей двух жидких компонентов, различающихся по адсорбционной

активности, прочность снижается тем сильнее, чем выше концентрация более активного

компонента, который преимущественно адсорбируется на поверхности разрушения.

Сопоставляя соотношение Гриффитса с адсорбционным уравнением Гиббса (при

малых концентрациях) Г=-(RT)

-1

d /dlnc можно непосредственно связать адсорбцию с

прочностью P:

(13.2)

Эффект Ребиндера позволил снизить расходы энергии 20-30%, а также получить

материалы сверхтонкого помола, например, цемент с особыми свойствами. Эффект

Ребиндера используется и при механической обработке металла, когда в смазочно-

охлаждающую жидкость добавляется ПАВ, понижающие прочность в зоне действия резца.

Поверхностно-активные вещества широко используются в пищевой промышленности: для

понижения прочности при дроблении зерна, для улучшения качества выпекаемого хлеба,

замедления процесса его черствения; для уменьшения клейкости макаронных изделий, для

повышения пластических свойств маргарина; в производстве мороженого; в производстве

кондитерских изделий и т.д.

Лабораторная работа №1. Адсорбция ПАВ на твердом абсорбенте

Целью работы является изучение адсорбции органической кислоты на угле.

Поверхность угля пористая и величина поверхности неизвестна. Поэтому адсорбцию

отнесем не к единице поверхности, а к единице массы адсорбента:

= Г

VCC

)(

(л.р.1.1)

где Г – удельная адсорбция, моль/г;

– исходная концентрация кислоты, моль/л;

– равновесная концентрация после адсорбции, моль/л;

V – объем раствора, из которого происходит адсорбция, л (0,025 л).

Порядок выполнения работы

Для работы берут 12 чистых и сухих конических колбочек. В шесть пронумерованных

колбочек вносят по 1 г угля, предварительно измельченного в фарфоровой ступке. Отбирают

по 25 мл каждого из растворов с концентрацией 0,04; 0,08; 0,16; 0,24; 0,32; 0,40 моль/л и

наливают в колбочки с углем, закрывают пробками и ставят на 20 минут на механическую

мешалку. Остальные шесть пронумерованных колбочек используют для фильтрования

растворов после адсорбции.

Пока происходит перемешивание, уточняют концентрации исходных растворов

кислот, для чего проводят титрование NaOH (С = 0,1 моль/л) в присутствии фенолфталеина.

При титровании растворов 0,04 и 0,08 берут для титрования по 7 мл; 0,16 и 0,24 – по 4 мл;

0,32 и 0,40 – по 3 мл титрование повторяют 2-3 раза. Концентрацию определяют по

известному соотношению:

·V

= C

·V

(л.р.1.2)

где С

и C

– концентрации кислоты и щелочи;

, V

– объемы кислоты и щелочи.

Растворы после адсорбции фильтруют через бумажные фильтры, причем первые 5-7

капель фильтрата выливают (споласкивают этим раствором колбочку, в которую затем

собирают фильтрат). Это делают потому, что в первой порции концентрация кислоты

понижена вследствие адсорбции кислоты фильтровальной бумагой. Из полученного

фильтрата берут пробы объемом как и при определении исходной концентрации кислоты и

титруют 2-3 раза каждый раствор. Рассчитывают равновесную концентрацию; адсорбцию по

формуле (л.р.1.1) и данные заносят в таблицы.

Таблица 1

Результаты титрования

Номер

колбы

До адсорбции

После адсорбции

Таблица 2

Данные по адсорбции

Номер колбы

lnГ

lnC

Далее строят график lnГ = f(lnC

) и определяют тангенс угла наклона прямой по

формуле:

= tg

;

= tg

, (л.р.1.3)

где y

, x

и y

, x

– координаты точек, лежащих на прямой.

lnK и К находят из уравнения Фрейндлиха для точки, лежащей на прямой.

Строят график в координатах С/Г = f (С), из которого, согласно уравнению Ленгмюра,

определяют Г

∞

как tgα,. Далее вычисляют удельную поверхность твердого адсорбента:

уд

= Г

∞

, (л.р.1.4)

где N

= 6,02∙10

моль

-1

; S

– площадь поперечного сечения ПАВ (для предельных

кислот S

= 0,25

(25∙10

-20

Вопросы

1. Что такое дисперсные системы? Основные признаки коллоидных систем. Приведите

примеры дисперсных систем.

2. Поверхностное натяжение. Причина возникновения избыточной поверхностной

энергии.

3. Адсорбция как самопроизвольный процесс.

4. Уравнение Гиббса. Для адсорбции каких веществ оно применимо?

5. Поверхностно-активные вещества.

6. Уравнение Шишковского. Влияние концентрации растворов ПАВ на поверхностное

натяжение. Правило Траубе, область применения.

7. Адсорбция на твердых адсорбентах. Уравнение Лэнгмюра.

8. Уравнение Фрейндлиха. В каких случаях оно используется? Определение констант

уравнения Фрейндлиха.

9. Сформулируйте основные положения теории Ленгмюра и запишите уравнение

изотермы адсорбции.

10. Проанализируйте уравнение Ленгмюра при а) c → ∞; б) c → 0; в) Г=Г

∞

/2. Чему равна

константа k?

11. Пояснить термины «мономолекулярная адсорбция» и «полимолекулярная

адсорбция»?

12. Входят ли в теорию Поляни представления о локализованной адсорбции?

13. Что такое адсорбционный объем, адсорбционный потенциал, характеристическая

кривая?

14. Охарактеризуйте практические возможности теории Поляни, исходя из того, что Вы

имеете изотерму адсорбции вещества на адсорбенте. Какие зависимости можно

получить, пользуясь этой теорией и экспериментальной изотермой адсорбции?

15. Каковы основные положения теории БЭТ и ее практическое значение? Какую

важнейшую характеристику адсорбента получают, пользуясь этой теорией?

16. В чем заключаются особенности адсорбции из растворов?

17. Будет ли отличаться ориентация молекул ПАВ при адсорбции из водных растворов на

угле и силикагеле?

18. Смачивание. Краевый угол смачивания. Закон Юнга.

19. Растекание жидкости по поверхности другой жидкости. Эффект Марангони.

20. Адсорбционное понижение прочности. Применение в практических целях.

Задания

1. Рассчитайте удельную поверхность частиц кубической формы с длиной ребра

l = 10

-8

м, нитей с сечением 10

-8

× 10

-8

м и пленки толщиной 10

-8

м.

2. Найдите общую поверхность 1 кг сферических частиц угля, если средний диаметр

частиц 7∙10

-2

мм, а плотность угля 1,8∙10

кг/м

3. Удельная поверхность силикагеля равна 8,3∙10

/кг. Рассчитайте средний диаметр

частиц силикагеля, если его плотность равна 2,2 г/см

4. Вычислить адсорбцию масляной кислоты при 273 К и С = 0,1∙10

моль/м

если ζ = ζ

– 16,7∙10

-3

ln(1+21,5С) .

5. Найти поверхностную активность валериановой кислоты на границе ее водного

раствора, если константы Шишковского: а = 17,7∙10

-3

и в = 19,72, С = 1 моль/л.

6. Найти площадь, приходящуюся на одну молекулу в насыщенном адсорбционном

слое анилина на поверхности его водного раствора, если Г

∞

= 6,0∙10

-9

кмоль/м

7. Предельная адсорбция изомасляной кислоты С

СООН, Г

∞

= 5,4∙10

-9

кмоль/м

;

плотность ее 0,9530 г/см

. Рассчитать площадь одной молекулы изомасляной кислоты

и толщину адсорбционного слоя.

8. В водные растворы уксусной и пропионовой кислот одинаковой концентрации

добавили уголь, и после адсорбции концентрации кислот остались равными.

Одинаковое ли количество угля было добавлено в растворы?

9. Силикагель имеет гидрофильную поверхность. Из какого растворителя будет

адсорбироваться растворенное вещество?

а) из водного; б) из бензольного.

10. Чем будет смачиваться парафин?

а) водой; б) гексаном; в) бензолом.

11. Предложить способ разделения смеси порошков мела и угля.

12. Флотация – обогащение руд. Пустая порода – кварц, гранит, мел – гидрофильный.

Ценная часть – гидрофобная. Что лежит в основе разделения пустой породы и ценной

при флотации?

13. Почему при стирке не рекомендуется сильно тереть изделие?

14. Зачем парикмахер намыливает лицо клиента при бритье?

15. Существует старинная крестьянская поговорка: «Коси коса пока роса». Почему надо

косить при росе?

14 Получение коллоидных растворов. Лиофильные и лиофобные коллоидные

растворы

Среди дисперсных систем наиболее четко выраженными коллоидно-химическими

свойствами обладают системы с размером частиц 10

-9

-10

-7

м. Именно эти системы называют

истинно коллоидными или просто коллоидными системами. Наиболее типичными их

представителями являются золи. Для получения коллоидных систем принципиально могут

быть использованы два подхода.

Коллоидные системы могут быть получены либо путем ассоциации (метод

конденсации) молекул или ионов истинных растворов, либо увеличением степени

раздробленности частиц дисперсной фазы грубодисперсных систем (метод

диспергирования). При этом достигается коллоидная степень дисперсности (10

-10

-1

Диспергирование и конденсация – два общих подхода к получению не только золей,

но и других дисперсных систем: порошков, суспензий, эмульсий.

Для систем, в которых взаимодействие между частицами дисперсной фазы и

дисперсионной средой сильно выражено, т. е. лиофильных систем, реализуется

самопроизвольное образование, причем образующиеся системы являются термодинамически

устойчивыми относительно процессов слипания (агрегации) частиц и, соответственно,

последующего расслоения на отдельные фазы. Получение лиофильных систем не требует

специальных приемов (например, введения стабилизатора) для повышения их устойчивости.

Примерами лиофильных систем могут быть критические эмульсии, мицеллярные растворы

ПАВ, растворы некоторых ВМС (например, растворы яичного белка, крахмала или желатина

в воде образуются самопроизвольно и в дальнейшем не расслаиваются).

Для лиофобных систем, напротив, характерно слабое взаимодействие между

частицами дисперсной фазы и дисперсионной среды (малое сродство). Выигрыш энергии от

сольватации частиц дисперсной фазы молекулами дисперсионной среды, а также увеличение

энтропии системы не компенсирует полностью избыточную энергию на межфазной

поверхности, которая накапливается в системе в процессе диспергирования в результате

увеличения площади межфазной поверхности. Такие системы являются термодинамически

неустойчивыми. Они могут быть получены путем принудительного диспергирования или

конденсации, т. е. для их образования требуется затратить внешнюю работу. Для

стабилизации лиофобных систем необходимо присутствие стабилизатора, который

концентрируется на межфазной поверхности и понижает общую энергию системы, а также

образует оболочки, физически препятствующие агрегации частиц. Роль стабилизатора могут

выполнять электролиты, ПАВ, белковые соединения и т. п. Лиофобными дисперсными

системами являются, например, водные суспензии и золи твердых частиц (металлов, оксидов

металлов и др.), которые слабо взаимодействуют с водой, эмульсии слабо

взаимодействующих жидкостей (вспомните, например, как при приготовлении зеленого

салата Вы смешиваете растительное масло и уксус), суспензии лекарственных средств в воде

(Вы, наверное, не раз пользовались лекарствами с надписью «Перед употреблением

взболтать!») и т. п.

Одним из основных способов диспергирования материалов является механическое

диспергирование. При механическом диспергировании преодоление межмолекулярных сил и

накопление поверхностной энергии в процессе дробления происходят при совершении над

системой внешней механической работы. Механическое диспергирование осуществляют

различными способами: истиранием, раздавливанием, раскалыванием, распылением,

барботажем (пропусканием струи воздуха через жидкость), встряхиванием, взрывом,

действием звуковых и ультразвуковых волн и т. п. В промышленности так получают

стройматериалы (цемент, бетонную крошку, сухие краски, шпатлевки и другие строительные

смеси в виде сухих порошков и суспензий), лекарственные средства (порошки, мази, пасты,

эмульсии), пищевые продукты (пряности, молотый кофе) и др. Механическим

диспергированием обычно удается получить дисперсные системы только с довольно

большим размером частиц (не менее 100 нм).

Измельчением получают дисперсные системы Т/Т, Т/Ж и Ж/Ж. Чаще всего

измельчение проводят в дробилках, жерновах и мельницах различной конструкции, из

которых наиболее распространенные – это шаровая и коллоидная мельницы. Самое тонкое

диспергирование твердых и жидких материалов (до 100 нм) обеспечивают коллоидные

мельницы, принцип действия которых основан на возникновении разрывающих усилий в

суспензии или эмульсии под действием центробежной силы в узком зазоре между ротором и

статором или между дисками.

Распыление используют для получения дисперсных систем типа Ж/Г и Ж/Ж,

барботаж – для получения систем типа Г/Ж.

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 (~10

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 дисперсионной среды. 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

Пептизацию делят на непосредственную и посредственную. Если на поверхности

частиц перед их разделением адсорбируется ион прибавленного пептизатора, то такую

пептизацию называют непосредственной в отличии от посредственной, когда на поверхности

частиц адсорбируется продукт взаимодействия пептизатора с веществом дисперсной фазы..

Примером непосредственной пептизации может служить диспергирование

студенистого осадка гидрата окиси железа при действии на него раствора хлорного железа. В

этом случае ионы железа, адсорбируясь на поверхности частиц, сообщают им

положительный заряд. Одноименно заряженные частицывзаимно отталкиваются и переходят

в раствор. Процесс пептизации в данном случае схематически можно представить

следующим образом:

mFe(OH)

+ nFeCl

= {mFe(OH)

nFe

3(n-x)Cl

}

3xCl

Примером посредственной пептизации может служить получение того же золя

гидрата окиси железа при действии разбавленной соляной кислоты на осадок гидрата окиси

железа. В этом случае часть молекул гидрата окиси железа взаимодействует с соляной

кислотой с образованием хлорокиси железа FeOCl. Ионы FeO

, адсорбируясь на поверхности

частиц осадка гидрата окиси железа, переводят его в раствор:

Fe(OH)

+ HCl = FeOCl + 2H

mFe(OH)

+ n FeO

= {mFe(OH)

nFeO

3(n-x)Cl

}

xCl

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.

К конденсационным способам получения дисперсных систем относятся конденсация,

кристаллизация и десублимация. Они основаны на образовании новой фазы в условиях

пересыщенного состояния вещества 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 требует

существенной затраты внешней работы.

Как и в случае диспергационных методов получения дисперсных систем, выделяют

физическую, физико-химическую и химическую конденсацию.

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.

Например, в процессе щелочного гидролиза получают золи гидроксида индия:

In(NO

)

+ 3 NaOH → In(OH)

+ 3 NaNO

mIn(OH)

+ nNaOH = {mIn(OH)

nOH

(n-x)Na

}

xNa

По реакции двойного обмена получают золь иодида серебра:

AgNO

+ NaI → AgI + NaNO

AgI + NaI = {mAgI nI

(n-x)Na

}

xNa

Восстановлением соли золота формальдегидом получают золь металлического золота:

2NaAuO

+3HCOH + Na

= 2Au + 3HCOONa + H

{mAu nAuO

(n-x)Na

}

xNa