Влияние электролитов на устойчивость золей. Порог коагуляции. Правило Шульца-Гарди

Фактором, вызывающим коагуляцию, может быть любое внешнее воздействие, нарушающее агрегативную устойчивость системы. Кроме изменения температуры в его роли может выступать механическое воздействие (интенсивное встряхивание, перемешивание, перекачивание по трубам), действие света и различного рода других излучений, действие электрических разрядов. Однако наиболее эффективным способом является добавление в золь электролитов. Они быстро и резко влияют на толщину ДЭС и величину ζ-потенциала частицы.

Многочисленные исследования показали, что добавление в золь практически любого электролита вызывает уменьшение его устойчивости. Однако с заметной скоростью коагуляция золя будет происходить, если концентрация добавляемого электролита в растворе достигает строго определенной величины.

Та минимальная концентрация электролита в коллоидном растворе, которая вызывает протекание в нем явной коагуляции, называется порогом коагуляции данного электролита. Она измеряется в ммоль/дм³ или в моль/м³ и обозначается С_П или γ.

Величину, обратную порогу коагуляции, называют коагулирующей способностью и обозначают V_K: V_K = .

В 1882 г. Г. Шульц, а несколько позже и М. Гарди показали, что коагулирующая способность ионов электролита напрямую зависит от величины их заряда. Причем с увеличением величины заряда иона на единицу его коагулирующая способность возрастает в 10 и более раз. Эта закономерность получила название правило Шульца-Гарди и носит приближенный характер. Это связано с тем, что кроме величины заряда на коагулирующую способность иона оказывает влияние и ряд других факторов: природа иона, его радиус и способность к сольватации (гидратации для водных растворов).

Концентрационная коагуляция наблюдается при увеличении содержания в золе электролита, не вступающего в химическое взаимодействие с компонентами двойного электрического слоя мицеллы. Такие электролиты называются индифферентными. Их ионы не способны достраивать кристаллическую решетку агрегата и не могут реагировать с потенциалопределяющими ионами, образуя нерастворимые соединения. При увеличении концентрации такого электролита в растворе диффузный слой мицеллы сжимается из-за перехода ее противоионов и коагулирующих ионов электролита в адсорбционный слой. Одновременно с этим процессом уменьшается и электрокинетический потенциал гранулы (но не поверхностный потенциал).

Наблюдения показали, что для большинства коллоидных систем явная коагуляция наступает, если значение ζ-потенциала достигает одного и того же критического значения: ≈ 0,029-0,03 В.

В идеале при добавлении электролита ζ-потенциал гранулы может уменьшаться до нуля. Такое состояние коллоидной системы называется изоэлектрическим. В этом случае у коллоидных частиц отсутствует и диффузный слой. Такие системы являются максимально неустойчивыми.

При нейтрализационной коагуляции ионы прибавляемого электролита способны взаимодействовать с потенциалопределяющими ионами агрегата, образуя на его поверхности нерастворимые соединения. В этом случае наряду с ζ-потенциалом уменьшается и общий (поверхностный или электротермодинамический) потенциал частицы.

Если электролит в коллоидный раствор вводят не сразу, а небольшими порциями через определенные промежутки времени, может наблюдаться явление привыкания. Привыканием называется повышение устойчивости золя к коагулирующему действию электролита в случае уменьшения скорости его поступления. Этот факт учитывают в медицине при внутривенных инъекциях больших объемов растворов лекарственных веществ.

При смешивании двух устойчивых коллоидных растворов с разноименно заряженными гранулами нередко происходит образование осадка, называемое взаимной коагуляцией золей.