ДИСПЕРСНІ СИСТЕМИ

Добування, очистка та властивості колоїдних розчинів.

ЕЛЕКТРОФОРЕЗ ЕЛЕКТРООСМОС.

Дисперсними називаються гетерогенні системи з високим ступенем дисперсності. Гетерогенна система, в якій одна з фаз роздрібнена до частинок мікроскопічних розмірів, називається мікрогетерогенною. Якщо частинки значно менші, ніж мікроскопічні (їх не можна побачити у звичайний мікроскоп), систему називають ультрамікрогетерогенною. Роздрібнена фаза називається дисперсною фазою, а середовище, в якому вона розподілена – дисперсійним середовищем. Таким чином, для всіх дисперсних систем головними ознаками є висока роздрібненість (дисперсність) і гетерогенність. Завдяки високій дисперсності ці системи мають велику поверхню поділу між фазою і середовищем і, як наслідок, великий запас поверхневої енергії Гіббса. Тому .дисперсні системи термодинамічне нестійкі, в них легко відбуваються процеси, які знижують поверхневу енергію: адсорбція, коагуляція (злипання дисперсних частинок), утворення макроструктур та ін.

Для всіх дисперсних систем характерні три основні ознаки: гетерогенність, дисперсність, питома поверхня.

Гетерогенність (багатофазність), – це ознака свідчить, що в системі існує декілька фаз, які розділені між собою міжфазним поверхневим шаром, на якаму відбуваються всі процеси в системі.

Дисперсність (подрібленість) визначається розмірами частинок фисперсної фази. Частинки можуть мати різну фарму: сферичну, циліндричну, або проміжну між ними. Дисперсність визначається довжиною діаметра, питомою поверхнею.

Усі три характеристики звязані між собою: при зменшенні розмірів діаметра частинки збільшується дисперсність і питома поверхня.

Класифікація дисперсних систем за ступенем дисперсності, за агрегатним станом дисперсної фази та дисперсійного середовища, за відсутністю чи наявністю взаємодії дисперсної фази з дисперсійним середовищем.

Дисперсні системи класифікують за різними ознаками:

–       за дисперсніст;

–        агрегатним станом;

–        структуро;

–        міжфазною взаємодією.

Для характеристики ступеня роздрібненості використовують також величину питомої поверхні S_пит. Її знаходять як відношення поверхні частинки S до її об’єму V або маси m: S_пит ⁼ S/V або S_пит = S/m. У першому випадку питому поверхню вимірюють у м^-1, в другому — у м²/кг. Отже, питома поверхня — це сумарна поверхня всіх частинок, загальний об’єм яких складає 1 м³, або загальна маса — 1 кг.

Дисперсні системи розділяють колоїдно-дисперсні або ультрамікрогетерогенні (а = 10^-9 – 10^{–7 м, мікрогетерогенні (10-7} – 10^{–4 м), грубодисперсні (с >10–4 м).}

Частинки колоїдно-дисперсних сисісм (золів) проходять через звичайні фільтри, але затрпмуюіься ультрафільтрами колодій, целофан, пергамент); практично не осідають, їх не можна бачити у оптичний мікроскоп, але можна виявити за допомогою ультрамікроскопа.

Частинки мікрогетерогенних та груоодисперсних систем не проходять через тонкі паперові фільтри, відносно швидко осідають (або спливають), їх можна побачити у звичайний мікроскоп.

Таблиця 1.

Класифікація за агрегатним станом

Всі дисперсні системи можна розділити на дев’ять типів в залежності від агрегатного стану дисперсної фази і дисперсійного середовища (табл. 1).

Система газ—газ гомогенна, але флуктуації густини, що виникають при тепловому русі молекул, незважаючи на короткий час життя, є гетерогенними утвореннями з властивостями дисперсної фази. Тому газові суміші можуть виявляти окремі властивості дисперсних систем. Золі з газовим дисперсійним середовищем мають назву аерозолі, з рідким — ліозолі. В свою чергу ліозолі розділяють на гідрозолі та органозолі відповідно з водним і неводним дисперсійним середовищем.

Таблиця 2.

Класифікація за структурою

За цією ознакою дисперсні системи розділяють на дна класи: вільнодисперсні і зв’язнодисперсні.

До вільнодисперсних належать структурні системи (суспензії, емульсії, золі), в яких частинки дисперсної фази не пов’язані в одну суцільну сітку і здатні легко переміщуватися в дисперсному середовищі під впливом броунівського руху або сили тяжіння. Залежно від агрегатного стану вільнодисперсні системи класифікують на: золі з газоподібним дисперсним середовищем – аерозолі та з рідким дисперсним середовищем – ліозолі. Залежно від природи середовища ліозолі поділяють на гідрозолі – середовищем є вода, та органозолі – середовищем є органічний розчинник.

У зв’язнодисперсних гемах частинки утворюють просторову структуру, тому вони не суть вільно переміщуватися. До таких систем належать гелі, капілярно-пористі тіла або діафрагми, мембрани, драглі.

Класифікація за міжфазною взаємодією

Методи одержання колоїдних систем.

Диспергаційні методи

До диспергаційних належать насамперед методи механічного подрібнення, в яких подолання міжмолекулярних сил і накопичення вільної поверхневої енергії відбувається за рахунок зовнішньої механічної роботи.

Високої дисперсності можна досягти ультразвуковим і електричним диспергуванням. Диспергуюча дія ультразвуку пов’язана з кавітацією — утворенням і захлопуванням порожнин у рідині. Захлопування порожнин супроводжується виникненням кавітаційних ударних хвиль, які руйнують матеріал.

Для одержання стійких дисперсних систем диспергаційними методами в систему необхідно додавати третій компонент — стабілізатор. Стабілізаторами є іони електролітів, або поверхнево-активні речовини, введення яких в систему приводить до утворення на межі поділу частинка—середовище адсорбційних шарів іонного або молекулярного типу, які перешкоджають злипанню роздрібнених частинок і випадінню їх в осад.

До диспергаційних методів відносять і пептизацію — хімічне диспергування. Свіжий осад, утворений при коагуляції колоїдного розчину, можна перевести у золь, обробляючи його пепти-затором: розчинником, розчином електроліту або розчином поверхнево-активної речовини. При промиванні осаду розчинником видаляються речовини, які сприяли агрегації частинок, тому останні переходять у розчин. При додаванні електроліту його іони адсорбуються на частинках осаду, надаючи їм однаковий заряд, внаслідок чого виникають сили електростатичного відштовхування і відбувається процес дезагрегації. Поверхнево-активна речовина утворює на поверхні частинок адсорбційні шари, які захищають їх від злипання.

Пептизацію тільки умовно можна віднести до диспергаційних методів, бо насправді відбувається процес дезагрегації, а не диспергування.

Конденсаційні методи

Група конденсаційних методів об’єднує процеси, в основі яких лежить виникнення нової фази шляхом з’єднання молекул, атомів або іонів в гомогенному середовищі. Розрізняють фізичну і хімічну конденсацію. До фізичної конденсації належать два методи: конденсація з пари і заміна розчинника.

Конденсація з пари: при пропусканні пари речовини у рідину в результаті конденсації утворюється стійкий ліозоль. В газовому середовищі конденсацією пари різних речовин одержують аерозолі. Сумісною конденсацією пари речовин, що утворюють дисперсну фазу і дисперсійне середовище, на охолодженій поверхні були одержані гідро- і органозолі багатьох речовин (метод Рогинського і Шальнікова).

Метод заміни розчинника полягає в тому, що розчин речовини додають маленькими порціями до рідини, яка змішується з розчинником, але в якій речовина так мало розчиняється, що практично виділяється у вигляді високодисперсної фази, тобто утворюється ліозоль.

Гідрозолі сірки, холестерину, каніфолі одержують, додаючи спиртові розчини цих речовин до води.

Методи очищення колоїдних розчинів.

Під час одержання колоїдних розчинів утворюються низькомолекулярні сполуки, які впливають на стійкість та властивості колоїдних розчинів, тому колоїдні розчини необхідно очищати. Існують такі методи очищення колоїдних розчинів, діаліз, електродіаліз, вівідіаліз, компенсаційний діаліз та ультрафільтрації.

Метод діалізу ґрунтується на тому, що колоїдні розчини очищають від низькомолекулярних сполук шляхом пропускання перших через діалізатор – прилад, що містить дві посудини розділені напівпроникливою мембраною, в одній з яких є розчинник, а в іншій розчин, через мембрану не проходять частинки колоїдних розмірів, а лише низькомолекулярні речовини.

Електродіаліз – ґрунтується на тому, що колоїдні розчини очищають від низькомолекулярних сполук шляхом пропускання перших через діалізатор, що містить дві посудини розділені напівпроникливою мембраною, в одній з яких є розчинник, а в іншій розчин, що очищають, та в діалізатор занурені електроди.

Для очищення біологічних рідин використовують компенсаційний та вівідіаліз. Компенсаційний діаліз ґрунтується на тому, що у діалізаторі замість чистого розчинника використовують розчини визначуваних низькомолекулярних речовин різної концентрації. Таким способом можна визначити вміст вільного цукру та сечовини у сироватці крові. Подібним до методу компенсаційного діалізу є вівідіаліз (вівідифузія). За допомогою якого можна за життя людини визначити вміст у крові низькомолекулярних сполук. Колоїдні системи характеризуються стійкістю.  Рис.3. Апарат „Штучна нирка”

Типи внутрішньої структури первинних часточок колоїдних роз­мірів

Колоїдні часточки можуть мати різну внутрішню структуру, що істотно позначається на способах утворення колоїдних розчинів і на їхніх властивостях. Існують такі три типи внутрішньої структури первинних часточок колоїдних роз­мірів.

І тип — суспензоїди (або необоротні колоїди, ліофобні колоїди). Так називають колоїдні розчини металів, їхніх оксидів, гідроксидів, сульфідів та інших солей. Первинні час­точки дисперсної фази колоїдних розчинів цих речовин за своєю внут­рішньою структурою не відрізняються від структури відповідної ком­пактної речовини і мають молекулярну або іонну кристалічну ре­шітку. Суспензоїди — типові гетерогенні високодисперсні системи, властивості яких визначаються дуже сильно розвинутою міжфазовою поверхнею. Від суспензій вони відрізняються вищою дисперсністю. Суспензоїдами їх назвали тому, що, як і суспензії, вони не можуть три­валий час існувати, коли немає стабілізатора дисперсності. Необо­ротними їх називають тому, що осади, які лишаються при випакову­ванні таких колоїдних розчинів, не утворюють знову золю в разі кон­такту з дисперсійним середовищем. Ліофобними (з грецького: «ліос» — рідина, «фобіо» — ненавиджу) їх назвали, гадаючи, що особливі вла­стивості колоїдних розчинів цього типу зумовлені дуже слабкою вза­ємодією дисперсної фази і дисперсійного середовище. Концентрація ліофобних золів невелика, звичайно менша за 0,1%’. В’язкість таких золів мало відрізняється від в’язкості дисперсійного середовища.

         Ліофобні золі, як взагалі дисперсні системи, відповідно до їх проміжних положень між молекулами і великими тілами, можна добути двома способами: диспергуванням, тобто подрібненням великих тіл, і конденсацією молекулярно- або іоннорозчинених речовин. Подрібнення за допомогою дроблення, молоття, розтирання дає порівняно крупнодисперсні порошки (> 60 мкм). Більш тонкого по­дрібнення досягають за допомогою спеціальних апаратів — колоїдних млинів, або застосовуючи ультразвук.

  Метод конденсації полягає в утворенні нерозчинних сполук за до­помогою реакцій обміну, гідролізу, відновлення, окислення. Здійсню­ючи ці реакції в сильно розбавлених розчинах і з деяким надлишком одного з компонентів, дістають не осади, а колоїдні розчини. До кон­денсаційних методів належить також добування ліозолів за допомогою заміни розчинника. Наприклад, колоїдний розчин каніфолі можна добути, виливаючи її спиртовий розчин у воду, в якій каніфоль не розчи­няється.

Високомолекулярні сполуки (білки, поліпептиди, полівініловий спирт та інші), які добавляють для стабілізації дисперсних систем, називають захисними колоїдами.

II тип — асоціативні, або міцелярні, колоїди. Їх називають також напівколоїдами. Колоїдно-дисперсні часточки цього типу виникають при достатній концентрації дифільних моле­кул низькомолекулярних речовин за допомогою асоціації їх в агре­гати молекул — міцели — сферичної або пластинчастої форми (рис. 1).

Міцели — це скупчення правильно розміщених молекул, що утри­муються переважно дисперсійними силами.

Утворення міцел є характерним для водних розчинів миючих ре­човин (наприклад, мил — лужних солей вищих жирних кислот) і де­яких органічних барвників з великими молекулами; в інших середови­щах, наприклад в етиловому спирті, ці речовини розчиняються з утво­ренням молекулярних розчинів.

III тип — молекулярні коло їди. їх називають також оборотними, або ліофільними (від грецького «філіо» — люблю), ко­лоїдами. До них належать природні і синтетичні Високомолекулярні речовини з молекулярною масою від десяти тисяч до кількох мільйо­нів¹. Молекули цих речовин мають розміри колоїдних часточок, тому такі молекули називають макромолекулами.

Розбавлені розчини високомолекулярних сполук — це істинні, гомогенні розчини, які в разі граничного розбавляння підлягають за­гальним законам розбавлених розчинів. Розчини високомолекулярних сполук можна приготувати також з високою масовою концентрацією — до десяти і більше процентів. Але мольна концентрація таких розчинів мала внаслідок великої молекулярної маси розчиненої речовини. Так, 10%-ний розчин речовини з молекулярною масою 100 000 є приблизно 0,0011 М розчином.

Для того щоб дістати розчини молекулярних колоїдів, досить при­вести суху речовину в контакт з відповідним розчинником. Неполярні макромолекули розчиняються у вуглеводнях (наприклад, каучуки — в бензолі), а полярні макромолекули — в полярних розчинниках (на­приклад, деякі білки у воді і водних розчинах солей). Речовини цього типу назвали оборотними колоїдами тому, що після випаровування їх розчинів і добавляння нової порції розчинника сухий залишок знову переходить у розчин. Назва ліофільні колоїди виникла з припу­щення (як виявилося, помилкового), що сильна взаємодія з середо­вищем зумовлює відмінність їх від ліофобних колоїдів.

Розчинення макромолекулярних колоїдів проходить через стадію набухання, яка є характерною якісною особливістю речовин цього типу. При набуханні молекули розчинника проникають у твер­дий полімер і розсувають макромолекули, які внаслідок свого великого розміру повільно дифундують у розчин, що зовні виявляється у збільшенні об’єму полімеру. Набухання може бути необмеженим, коли кінцевим його наслідком е перехід полімера у .розчин, і обмеже­ним, якщо набухання не доходить до розчинення полімера. Обмежено набухають звичайно полімери з особливою, «тривимірною» струк­турою, яка відзначається тим, що атоми всієї речовини сполучені ва­лентними зв’язками. Хімічна модифікація полімерів за допомогою «зшивання» їхніх макромолекул з метою зменшення набухання полімера є важливою стадією в технології виробництва багатьох.

Розчини високомолекулярних сполук мають значну в’язкість, яка швидко зростає із збільшенням концентрації розчинів. Підвищення концентрації макромолекулярних розчинів, добавляння речовин, що знижують розчинність полімера, і, часто, зниження температури при­водять до драгління, тобто перетворення сильно в’язкого, але текучого розчину в твердоподібні драглі, що зберігають форму. Розчини полі­мерів з сильно витягнутими макромолекулами драгліють при неве­ликій концентрації розчину. Так, желатин і агар-агар утворюють

Драгління є важливою стадією виготовлення волокнистих матеріалів з роз­чинів полімерів. Властивості розчинів високомолекулярних сполук з підвищен­ням їхньої концентрації дедалі більше відрізняються від властивостей розчинів низькомолекулярних сполук. Це відбувається внаслідок взаємодії одна з одною ок­ремих макромолекул, що приводить до утворення надмолекулярних структур, які дуже впливають на якості виробів (волокон, пластмас) з полімерів.

Високомолекулярні сполуки, як і будь-які інші речовини, за відповідних умов можна добути у високодисперсному — колоїдному стані. Такі дисперсії полімерів

у рідинах, що їх не розчиняють, здебільшо­го у воді, називають латексами. Час­точки дисперсної фази. латексів мають фор­му, близьку до сферичної, і розміри поряд­ку 10—100 нм.

Електричні властивості колоїдних систем

Електричні властивості колоїдних систем зумовлені наявністю на поверхні частинок дисперсної фази подвійного електричного шару (ПЕШ) іонів. Подвійний електричний шар може утворитися внаслідок вибіркової адсорбції одного із іонів електроліту, який міститься в розчині, за рахунок поверхневої дисоціації функціональних груп або орієнтації полярних молекул на міжфазній межі.

Наприклад, при утворенні золю AgJ за реакцією між AgNO₃ і КJ на мікрокристаліках AgJ адсорбуються іони, які добудовують його кристалічну решітку. Це іони, які входять до її складу (Ag⁺, J^–), або ізоморфні (Cl^–, Br^–, CNS^–). Якщо в надлишку нітрат срібла, то адсорбуватися будуть іони срібла. При цьому тверда фаза заряджається позитивно. Надлишкові аніони притягуються до адсорбованих іонів Ag⁺ внаслідок кулонівської взаємодії. Таким чином, на межі поділу фаз утворюється подвійний електричний шар, подібний конденсатору. Іони внутрішньої обкладки (Ag⁺) називаються потенціалвизначаючими, іони зовнішньої обкладки — протиіонами. Якщо в надлишку KJ, то адсорбуються іони J^–, а іони К⁺ — протиіони.

Виникнення подвійного шару внаслідок поверхневої дисоціації можна розглянути на прикладі утворення золю діоксиду кремнію. Поверхневі молекули SiO₂ взаємодіють з дисперсійним середовищем, утворюючи полікремнієву кислоту. Остання дисоціює, іони Н⁺ переходять в рідку, фазу, але внаслідок електростатичного притягання утворюють з поверхневими силікат-іонами подвійний шар. Отже, в цьому випадку потенціал визначаючими є силікат-іони, а протиіонами — іони Н⁺.

І нарешті, ще одним способом утворення подвійного шару є орієнтація полярних молекул на міжфазній межі. Наприклад, при одержанні водних емульсій вуглеводнів з вживанням в якості стабілізатора звичайного мила, молекули емульгатора орієнтовані на міжфазній межі таким чином, що вуглеводневі ділянки направлені до дисперсної фази, а полярні групи — до води. При цьому потенціалвизначаючими іонами є аніони жирних кислот з порівняно довгими вуглецевими радикалами, а протиіонами — катіони лужного металу.

Будова подвійного електричного шару

Першу модель подвійного електричного шару запропонував Г. Гельмгольц (1879). У відповідності і цією моделлю подвійний шар є плоским конденсатором, одна обкладка якого міститься в твердій фазі, а друга — в розчині. Потенціал в такому подвійному шарі падає лінійно, як і потенціал v плоскому конденсаторі (рис. 5).

Розвитком теорії будови подвійною електричного шару були роботи Л. Гуї (1910) і Д. Чепмена (1913). За їх моделлю протиіони утворюють не плоский, а розмитий шар, причому концентрація зарядів у ньому плавно падає із ібільшенням відстані від поверхні. Шар протиіонів у теорії Гуї—Чепмена називається дифузним шаром. Його формування визначається з одного боку електростатичним притяганням до поперхні, а з другого — тепловим рухом, який розсіює іони по всьому об’єму рідкої фази.

Основи сучасної теорії подвійного електричного шару були розроблені О. Штерном. У відповідності з цією теорією формування шару протиіонів визначається не тільки електростатичною взаємодією із зарядженою поверхнею, але й адсорбцією. Адсорбційні сили діють на дуже коротких відстанях. Теорія також враховує, що протиіони мають певний розмір. Тому частина протиіонів міститься на молекулярній відстані (δ) від поверхні, вони зв’язані з поверхнею електростатичними і адсорбційними силами. Цей шар, подібний шару Гельмгольца, називають адсорбційним шаром, його товщина приймається рівною діаметру протиіона. Друга частина протиіонів, необхідна для компенсації потенціалвизначаючих іонів, утворює дифузний шар, який має ті ж властивості, що і дифузний шар Гуї-Чепмена, і товщину якого визначають рівнянням:

Електрокінетичноі явища: електрофорез, електроосмос, потенціал протікання, потенціал осідання.

Електрокінетичні явища класифікуються таким чином:

1) електрокінетичні явища першого роду — відносне переміщення фаз під дією різниці потенціалів, до них належать: а) електрофорез — рух частинок дисперсної фази в нерухомому дисперсійному середовищі; б) електроосмос — рух рідини відносно твердої поверхні пористих мембран;

2) електрокінетичні явища другого роду — виникнення різниці потенціалів внаслідок вимушеного відносного руху фаз, до них належать: а) потенціал седиментації — виникнення різниці потенціалів при русі частинок в нерухомій рідині; б) потенціал протікання — виникнення різниці потенціалів при русі рідини відносно нерухомої твердої поверхні.

Електрофорез

Механізм електрофорезу полягає в тому, що під дією електричного поля подвійний шар іонів розривається на межі сковзання, частинка набуває заряду і рухається до протилежно зарядженого електрода, протиіони дифузного шару рухаються у протилежний бік.

Однак при спостеріганні електрофорезу здається, що вся рідина рухається до одного електрода. Це тому, що для утворення подвійного шару потрібна дуже мала кількість електроліту. Так, наприклад, було встановлено, що при електрофорезі золю сульфіду миш’яку, стабілізованого сірководнем, на 0,67 г частинок, які виділилися на аноді, виявилося тільки 10^{–5 г водню, що виділився на катоді. Звідси свого часу був зроблений неправильний висновок про односторонність електрофорезу.}

Швидкість електрофорезу залежить від величини електрокінетичного (ζ-дзета) потенціалу і визначається рівнянням Гельмгольца—Смолуховського.

Експериментальне електрофорез досліджують шляхом спостерігання за переміщенням окремих частинок в електричному полі при допомозі мікроскопа (мікроелектрофорез), або за зміщенням межі поділу колоїдна система—дисперсійне середовище до одного із електродів (макроелектрофорез).

У другому досліді Рейсе заповнив середню частину U-подібної трубки товченим кварцем, налив води, занурив електроди і пропустив сталий струм. Через деякий час рівень води в коліні з негативним електродом підвищився, а в другому коліні — знизився. Це явище одержало назву електроосмосу.

Механізм елекроосмосу можна пояснити таким чином. На внутрішній поверхні капілярів мембрани внаслідок поверхневої дисоціації утворюється подвійний електричний шар. При накладенні електричного поля дифузний шар протиіонів по межі сковзання рухається паралельно нерухомому адсорбційному шару до електрода відповідного знаку, при цьому з ним рухається і певна частина дисперсійного середовища, бо між гідратною оболонкою іона і оточуючою рідиною діють сили молекулярного тертя. До протилежного електрода рухаються ті іони з об’єму рідини, які мають знак, протилежний знаку протиіонів.

Експериментальне електроосмос досліджують за перенесенням рідини через мембрану (капілярно-пористі матеріали, діафрагму) до одного із електродів.

Стійкість колоїдної системи — це здатність її зберігати незмінною в часі структуру, тобто дисперсність і рівномірний розподіл дисперсної фази.

За М. П. Пєсковим розрізняють два види стійкості — кінетичну та агрегативну. Кінетична, або седиментаційна, стійкість — це здатність протистояти силі тяжіння. Основними умовами цієї стійкості є висока дисперсність та інтенсивний броунівський рух. Агрегативна стійкість — це здатність протистояти агрегації частинок. До факторів, які зумовлюють агрегативну стійкість, належать: електростатичний — електростатичне відштовхування частинок, пов’язане з наявністю на поверхні частинки подвійного електричного шару іонів; адсорбційно-сольватний — утворення на поверхні частинок сольватних шарів із молекул дисперсійного середовища або молекул чи іонів стабілізатора, які перешкоджають їх злипанню; структурно-механічний — стабілізація колоїду адсорбованими шарами (плівками) з колоїдних поверхнево-активних або високомолекулярних речовин.

Коагуляцію викликають будь-які електроліти, але з помітною швидкістю вона починається при досягненні певної концентрації. Мінімальна концентрація електроліту, при перевищенні якої спостерігається коагуляція, називається «порогом коагуляції».

Величину, зворотну порогу коагуляції, називають «коагулюючою здатністю». Коагулююча здатність V_к— це об’єм золю, скоагульованого 1 моль електроліту. Початок коагуляції можна визначити за різними ознаками: за зміною забарвлення золю, виникненням каламуті, початком виділення осаду і т. д. Завжди необхідно вказувати умови, за яких визначений поріг коагуляції.

2. Коагулюючу дію має лише той іон електроліту, заряд якого протилежний заряду колоїдної частинки. Коагулююча здатність іона тим більша, чим більший його заряд. Ця залежність називається правилом Шульце—Гарді, тому що вона вперше була встановлена Шульце у 1882 році і підтверджена Гарді у 1900 році, при вивченні коагуляції гідрозолей сульфіду миш’яку. Для цього золю Шульце знайшов таке співвідношення коагулюючої здатності одно-, дво- і тризарядних катіонів: 1:20:350. Отже, прямо пропорціональної залежності між зарядом іона і його коагулюючою здатністю немає; коагулююча здатність зростає набагато швидше, ніж заряд.

3. У неорганічних іонів з однаковим зарядом коагулююча дія зростає із зменшенням гідратації. Наприклад, в ряду одновалентних катіонів і аніонів коагулююча активність і гідратація змінюються.

Такі ряди, в яких іони однакового заряду розташовуються за зменшенням ступеня гідратації, називаються ліотропними. Ступінь гідратації зменшується, а коагулююча дія збільшується із зростанням радіуса іона.

4. У органічних іонів коагулююча дія зростає з підвищенням

адсорбційної здатності.

5. Початку коагуляції відповідає зниження ζ-потенціалу до критичної величини (~ 30 мВ).

6. В осаді, утвореному при коагуляції, завжди присутні іони, які її викликали.

Явище звикання золів. Колоїдний захист

Якщо до золю додавати електроліт невеликими порціями, то коагуляція настає при більшій концентрації електроліту, ніж при одноразовому його додаванні. Це явище називається звиканням золю. Причиною звикання золю може бути повільна адсорбція іонів, заряджених однойменне з частинкою, яка призводить до збільшення заряду останньої.

При додаванні до ліофобних золів високомолекулярних речовин стійкість їх значно підвищується. Це явище називається колоїдним захистом.

Механізм захисної дії полягає в утворенні адсорбційного шару з високомолекулярної речовини. Захисний шар забезпечує сольватацію частинки, сольватні шари створюють великий розклинюючий тиск і перешкоджають злипанню частинок. Захисна дія підсилюється при утворенні в дисперсійному середовищі достатньо міцної об’ємної структури.

Захисна дія кількісно характеризується захисним числом, яке дорівнює числу міліграмів високомолекулярної речовини, яке захищає 10 мл золю від коагуляції при додаванні до нього 1 мл 10%-ного розчину NaCl.

Захисне число називають «золотим», «срібним», «рубіновим», «залізним» і т.д. в залежності від того, який золь приймають за стандарт. Але ні «золоте», ні «рубінове», ні будь-яке інше число не можуть бути однозначною характеристикою стабілізатора, бо захисна дія його на той чи інший золь дуже специфічна і залежить від цілого ряду факторів: дисперсності золю, рН системи, молярної маси стабілізатора та ін.

Найбільшу захисну дію чинять білки (желатин, казеїнат натрію, альбумін), менше вона виражена у крохмалю, декстрину, сапонінів.

Велике значення має колоїдний захист для біології та фармації. Білки крові захищають гідрофобні речовини, які містяться в ній, від коагуляції. При послабленні захисної дії білків холестерин відкладається на стінках судин, утворюються камені в нирках, печінці і т. д. Колоїдний захист використовують при виготовленні лікарських препаратів. Прикладом можуть бути протаргол і коларгол — колоїдні препарати срібла, захищені білками.