Ce este coagularea? Prag de coagulare. Reguli de coagulare electrolitică

Chimia coloidală este știința sistemelor de dispersie și a fenomenelor de suprafață care apar la interfețele de faze, iar teoria sa principală este coagularea. Pragul de coagulare depinde de mulți factori. Chimia coloidală, în afară de aceasta, studiază adsorbția, aderența, umectarea și alte fenomene în sistemele dispersate. Acest articol va fi dedicat uneia dintre secțiunile, care este totuși strâns legată de celelalte.

coagulare

Ce este coagularea? Traducere din latină, coagulare, condensare, particule fine compuse în sistemele disperse și transformarea acestora în mai mare, ca urmare a cuplării, un proces referitor la fel la chimie și fizică. Sunt formate structuri de coagulare. Această teorie este construită după cum urmează: există faza dispersată, în care particulele sunt în mișcarea browniană (independent), până în momentul în care două particule nu se apropie de o distanță la care centrele lor pot fi determinate ca raza sferei de influență (notată cu d).

Această distanță este aproximativ egală cu suma razelor de particule, și un contact direct este inevitabilă, pentru că dintr-o dată (salt imediată) apar forțe de interacțiune, particulele sunt atrași unul de celălalt și agregate. Probabilitatea coliziunii a mai mult de două particule este neglijabilă și, prin urmare, atrasă fie singură, fie dublă cu particule unice sau duble una cu cealaltă, triplă cu una singură și așa mai departe. De aici începe teoria reacțiilor chimice bimoleculare. Aceasta este coagularea. Pragul de coagulare duce la precipitarea în soluție coloidală sub formă de flocuri (fulgi), sau dacă aveți jeleu.

definiție

Ce este coagularea ca proces - pentru a afla că este posibil, acum este necesar să se deducă definiția. Coagularea este o reducere a gradului de dispersie, precum și numărul de particule prin lipirea împreună. Rezultatul este sedimentarea fazei dispersate (adică pierderea particulelor) sau orice schimbare în sistemul de dispersie prezentat inițial. Se poate observa în natură cum are loc coagularea spontană. Aceasta este îmbătrânirea unei soluții coloidale (sol) cu delaminare într-un mediu dispersat și o fază solidă cu obținerea unei energii minime. Dar omenirea poate provoca în mod artificial coagularea cu ajutorul coagulanților (reactivi speciali).

Pragul de coagulare este o cantitate mai mică de electroliți, suficientă pentru a începe procesul de precipitare. Structurile sale se numesc coagulare. Ele se formează dacă sistemul dispersat își pierde stabilitatea de sedimentare. Un conținut suficient al fazei dispersate asigură întărirea volumului întreg al întregului sistem de dispersie. Totuși, întregul mediu lichid nu se poate "întări", faza dispersată coloidală este de obicei foarte mică, câteva procente din masa totală.

proprietăţi

Rezistența structurii de coagulare nu este prea mare, efectele mecanice pot determina o recuperare spontană într-un mediu mobil dispersat. Această proprietate (tixotropia) are polimeri, lacuri, vopsele, unde structurile de coagulare sunt formate datorită pigmenților și materialelor de umplutură. Cel mai caracteristic exemplu sunt rețelele spațiale care apar în dispersii de argile atunci când sunt coagulate cu electroliți.

Stabilitatea de sedimentare contracarează sedimentarea particulelor, care sunt destul de grele, dar nu se așează sub influența gravitației. Acest lucru se întâmplă în toate sistemele grubodispersionnyh care pot fi văzute în exemplele precipite în suspensie în emulsii și smântână, unde separarea stratului mediu de dispersie pur și un strat al fazei de dispersie. Pentru sedimentare, două tipare sunt tipice: așezarea lentă și rapidă. În primul caz, particulele nu aderă, se separă separat, iar în cel de-al doilea se așază împreună. Primul caz prezintă stabilitatea de sedimentare, iar al doilea prezintă instabilitate.

Problema stabilității

Toată lumea înțelege stabilitatea capacității de a menține compoziția originală în imuabilitate. Același lucru se întâmplă și în procesul de coagulare. Pragul de coagulare încalcă această stare. Apoi, timpul de concentrare constantă a fazei dispersate se termină și distribuția constantă a particulelor în ea. În chimia coloidală, una dintre problemele centrale este viața sau moartea, care este aleasă pentru ei înșiși prin sisteme de dispersie. Aceste sarcini sunt opuse și trebuie rezolvate aproape în mod constant. De exemplu, conservarea sau distrugerea unui sistem dispersat.

În cazul în care această masă alimentară - este necesar să se mențină stabilitatea, și dacă apa din orice corpuri de apă - stabilitate trebuie să fie distruse, curățare. Adică, pentru a precipita toate impuritățile rele. Sau, de exemplu, uleiul - faza lor dispersată constă din formațiuni supramoleculare complexe care sunt separate într-o microfază independentă ca particule de diferite mărimi. Și aici sistemele dispersate sunt cel mai larg domeniu de activitate.

îmbătrânire

Rata de îmbătrânire a solului coloidal depinde de mulți factori: separarea fazelor, coeficientul de difuzie, raza particulelor, solubilitatea și temperatura macrofazelor. Electrocoagularea este accelerarea îmbătrânirii atunci când electrolitul este coagulat. Coliziunea particulelor nu provoacă întotdeauna fuziune, deoarece acestea sunt înconjurate de un strat dublu electric, dimpotrivă, respingându-le unii de la alții.

Cu ajutorul electroliților, acest strat poate fi distrus sau deformat, accelerând astfel coalescența. Tipul de electrolit, adică seria litipropică de ioni, valența electrolitului afectează eficiența acestui proces. Solurile hidrofobe se pot descompune dacă se adaugă treptat electroliții. Acest lucru a devenit obiectul unui număr mare de lucrări teoretice și experimentale.

ionii

Efectul electroliților asupra stării solului hidrofob arată că acțiunea de coagulare depinde de încărcarea ionică. Rata de coagulare este semnificativ crescută la o concentrație de electroliți care depășește valoarea critică (acesta este pragul de coagulare). Formula sa este calculată dacă se cunoaște concentrația coagulatorului (electrolitului) -C, volumul de electrolit care este adăugat-V și, de asemenea, volumul total al solului V₃₀ (de obicei zece miligrame). Mărimea care se opune pragului de coagulare este capacitatea de coagulare a electrolitului, iar cu cât pragul de coagulare este mai mic, cu atât este mai mare capacitatea electrolitului de a coagula.

Cu toate acestea, nu toate electrolitul este implicat în acest proces, aici personajul principal este doar un element al unui ion care se potrivește cu semnul lor taxa ca taxa a inamicului (și taxa de ioni, numit pentru coagulante activitate, este întotdeauna opusă taxa, care are o particulă coloidală). Acest ion este numit coagulant ionic. Și cu cât este mai mult sarcina, cu atât este mai mare capacitatea de coagulare, conform regulii Schulze-Gardi. Relația dintre coagulantul ionic și pragul de coagulare este descrisă în teoria lui Deryagin-Landau. Regulile coagulării electrolitului includ regula valorii privind raportul dintre pragurile de coagulare pentru ionii monovalenți, divalenți și trivalenți. Y₁ : Y₂ : Y₃ = 729: 11: 1. Aceasta înseamnă că un ion de trei biți este capabil să coaguleze 729 ori mai repede decât un ion de o singură cifră.

modificări

Odată cu trecerea timpului și în legătură cu dezvoltarea chimiei coloidale ca știință, s-au stabilit anumite abateri față de regula valorii. Pragul de coagulare depinde nu numai de taxa, iar raza de influență a unui ion-coagulant, și capacitatea de absorbție și de hidratare, precum și însăși natura ionului care însoțește coagulant. particule de ioni încărcate Multiplicare conferă un efect de reîncărcare, adică în cazul în care semnul schimbării de încărcare, și modifică potențialul particulelor coloidale.

Ionii adăugați se schimbă cu contraioni, înlocuindu-i în straturile de adsorbție și difuză. Dacă ionul multiplu încărcat este mic, cum ar fi Al³⁺, Th⁴⁺ și altele, se obține o adsorbție superequivalentă când acest ion înlocuiește în sarcină numărul ne-echivalent de ioni fosili de pe suprafața particulelor. Și apoi, de exemplu, în loc de unul sau doi ioni K⁺ se dovedește a fi Th⁴⁺. Aceasta indică modificarea potențialului și semnului tarifului.

fizică

Amestecul coloidal este stabil dacă repulsia electrostatică și efectele sterice îl ajută. De aceea, metoda coagulant este după cum urmează: repulsia electrostatică este împiedicată prin schimbarea pH-ului sau adăugarea unei sări, din cauza căreia particulele coloidale sunt capabile să se apropie de această distanță, care este necesar pentru lipirea acestora.

Scopul coagulării este formarea de clustere flocculente, care este necesară, de exemplu, pentru sedimentarea sau filtrarea apei. Numai dacă fulgii ating o dimensiune suficient de mare, pot fi îndepărtați. Și fără coagulare, acest lucru este extrem de nepractic, deoarece durează un timp foarte mare. Dimensiunea optimă a floculanților pentru purificarea apei, de exemplu, ar trebui să fie de câțiva milimetri, altfel este aproape imposibil să se elimine impuritățile.

Procesul

Coagularea are două etape:

1. Substanța chimică este amestecată rapid cu apă - aproximativ un minut, astfel încât coagulantul să fie distribuit corect și să nu distrugă flocculul format. De obicei se utilizează un mixer special pentru amestecare.

2. De la o jumătate de oră până la patruzeci și cinci de minute de fapt are loc coagularea, Când apa, care trece mai multe rezervoare cu viteza descrescătoare de amestecare, formează un precipitat.

Un caz separat este atunci când coagularea este efectuată de electroliți, unde două soluții hidrofobe au semne diferite de încărcări. În cazul coagulării convenționale, în procesul de reîncărcare sunt implicați ioni de coagulare și, în acest caz, este necesară o anumită proporție de amestecare a soluțiilor care sunt amestecate pentru a permite această reîncărcare.

valoare

Coagularea colaterală este foarte importantă atât în ​​procesele naturale, cât și în cele tehnologice. De exemplu, formarea orizontului de sol se datorează coagulării electroliților solului prin coloizi de sol. Sare în apă hidrolizează, formând particule coloidale, încărcat pozitiv, -A₁(OH)₃, care interacționează cu particulele coloidale în apă, care sunt aproape întotdeauna încărcate negativ, ceea ce duce la coagularea reciprocă, după care precipită particulele coagulate.

Cea mai eficientă coagulare este atunci când electroliții care conțin ioni cu încărcătură opusă sunt adăugați în sistemul dispersat, eliminând astfel rezistența la sedimentare. Pentru procedeele de coagulare în electroliți se utilizează săruri de fier sau aluminiu, precum și amestecuri ale acestora. Coagularea poate fi cauzată într-o varietate de moduri - de la efecte mecanice la modificări ale temperaturii. Dacă apa, de exemplu, se fierbe sau se îngheață, se formează un precipitat. De asemenea, afectează procesele de coagulare o varietate de radiații, adăugarea de materii străine, în special electroliți. Coagularea electrolitului este cea mai importantă și, prin urmare, bine studiată și utilizată pe scară largă.

Coagularea electrolitică

Așa cum s-a menționat deja, coagularea electroliților apare cel mai clar în sistemele coloidale, unde stabilizatorul este ionic și stabilitatea este asigurată în cea mai mare măsură prin repulsia electrostatică a particulelor coloidale. Prin urmare, se poate concluziona că, împreună cu acțiunea electrolitului, repulzarea electrostatică a particulelor scade și particulele sunt lăsate să rămână împreună.

Chiar și cu o concentrație foarte mică de electroliți, soluțiile coloidale încep procesul de coagulare - lent sau rapid. Dar foarte des este necesar să se creeze protecția stabilității soluțiilor, creând straturi de adsorbție pe suprafața particulelor, în care proprietățile structurale și mecanice sunt crescute. Astfel, este posibil să se oprească complet sau să se prevină coagularea electrolitului prin adăugarea pură a unei soluții de compuși cu conținut mare de molecule - cazeinat de sodiu, gelatină, albumină de ouă sau altele asemenea.