Способы получения коллоидных систем

Существует две группы методов получения коллоидных систем:
1) конденсационные;
2) диспергационные.

Конденсационные методы основаны на образовании новой фазы в условиях пересыщенного состояния веществ; при этом система из гомогенной превращается в гетерогенную.

Конденсационный процесс включает в себя две стадии:
1) образование центров конденсации (зародышей);
2) рост зародышей.

Доказано, что самопроизвольное образование зародышей за счет удачного столкновения молекул маловероятно. Зародыши образуются на уже имеющихся поверхностях раздела (пылинки или другие чужеродные частицы). В тщательно очищенных системах образование новой фазы не происходит даже при очень высоких степенях пересыщения. Рост зародышей происходит в результате отложения их на поверхности вещества из пересыщенной системы.

Размер образующихся частиц коллоидной системы и полидисперсность этой системы зависит от соотношения скоростей образования зародышей и их роста. Для образования монодисперсной коллоидной системы скорость образования зародышей (v1) должна быть велика, а скорость их роста (v2) мала.

Факторы, влияющие на скорость отдельных стадий процесса:

- растворимость дисперсной фазы в дисперсионной среде – чем она меньше, тем больше v1 и меньше v2 , то есть образуется мелкодисперсная система;

- концентрация дисперсной фазы в системе:
а) при малых концентрациях образуется мелкодисперсная система (коллоидный раствор), v1 > v2 т.к. v2 мала;
б) при больших концентрациях тоже образуется мелкодисперсная система (гель), v1 > v2 ,  т.к. v1 велика;
в) при средних концентрациях образуется крупнодисперсная система, v1 ≈ v2 ;

- температура: при повышенных температурах образуются мелкие кристаллы, при низких – более крупные аморфные образования;

- присутствие веществ, препятствующих образованию зародышей, или тормозящих их рост (механизм действия – адсорбционный);

- необходимым условием получения коллоидных систем является наличие стабилизатора.

Виды конденсационных методов:

1) физические процессы, протекающие при охлаждении системы: кристаллизация (образование твердой фазы в жидком растворе); конденсация (превращение паров в жидкость); десублимация (переход из газовой фазы в твердую).

2) химические процессы (реакции обмена, окисления, гидролиза и др.)
AgNO3(p) + KI(p) = Ag I(т) + KNO3 образуется гидрозоль

NH3(г) + HCl(г) = NH4Cl(т)  образуется дым

SO3(г) + H2O(г) = H2SO4(ж) образуется туман

Диспергационные методы
основаны на измельчении (диспергировании) грубых частиц и распределении их в объеме дисперсионной среды.

В зависимости от агрегатного состояния дисперсной фазы диспергирование достигается:
1) в случае твердой фазы – механическим измельчением с последующим перемешиванием в жидкой среде или распылением в газовой;
2) в случае жидкой фазы – интенсивным перемешиванием или разбрызгиванием с помощью специальных устройств;
3) в случае газовой фазы - барботажем через слой жидкости.

Методы диспергирования обычно значительно уступают методам конденсации по дисперсности полученных систем (а ≥ 10-6 м).

Метод пептизации – переход в коллоидный раствор осадков, образующихся при коагуляции. Пептизация может происходить в результате промывания осадка или под действием специальных веществ – пептизаторов. Пептизация происходит за счет удаления из осадка коагулирующих ионов или в результате адсорбции пептизатора коллоидными частицами осадка.
Явление пептизации имеет большое значение в технике при переведении различных осадков в коллоидные растворы. Однако иногда оно играет отрицательную роль, затрудняя технологические процессы.

Очистка коллоидных систем
 
Удаление из коллоидных растворов низкомолекулярных примесей, которые часто обладают астабилизирующим действием, может быть осуществлено с помощью диализа, электродиализа и ультрафильтрации.

Диализ – самый простой метод очистки коллоидных систем. Простейший диализатор представляет собой мешочек из полупроницаемого материала, в который заливается диализируемая жидкость. Мешочек опускается в сосуд с водой. При диализе растворенное кристаллическое вещество проходит через мембрану, а коллоидные частицы, неспособные проникать через полупроницаемую перегородку, остаются в виде очищенного коллоидного раствора. Природа перегородки может быть различной (бычий пузырь, пергамент, коллодий, целлофан и др.)

Электродиализ – усложненный вариант диализа. Если примеси являются электролитами, их переход через перегородку может быть ускорен путем наложения на диализируемую жидкость электрического поля. Электродиализ целесообразен при небольших концентрациях примесей в коллоидном растворе (при больших концентрациях происходит сильный разогрев золя).

Ультрафильтрация – диализ, проводимый под давлением. Ультрафильтрация чаще используется не для очистки коллоидных растворов, а для их концентрирования. При ультрафильтрации происходит лишь повышение концентрации дисперсной фазы, а состав дисперсионной среды остается практически постоянным. Однако если после частичной ультрафильтрации полученный золь разбавить чистым растворителем до прежнего содержания дисперсной фазы, он будет содержать меньше низкомолекулярных продуктов.