Скорость коагуляции

Процесс коагуляции количественно характеризуется скоростью коагуляции. Скорость коагуляции подобно скорости химической реакции определяется изменением (уменьшением) числа коллоидных частиц в единице объема золя за единицу времени.

На рис. 71 показана зависимость скорости коагуляции от концентрации добавленного электролита. Условно график на рисунке можно разбить на три области. Область 1 называется областью скрытой коагуляции. Скорость ее на этом участке графика очень мала, никаких видимых изменений в золе не происходит, его можно считать практически устойчивым. Точка С_П на оси абсцисс соответствует порогу коагуляции данного электролита. С этого момента коагуляция становится явной. Ей соответствуют области 2 и 3 на графике. В области 2 скорость коагуляции возрастает с повышением концентрации электролита. Это связано с тем, что в золе происходит уменьшение величины ζ-потенциала гранул и размеров их диффузного слоя. Все большее число частиц при этом переходит в разряд активных, что позволяет им сцепляться при соударении.

СП

СК Сэлектролита

Рис. 71. Влияние электролита на скорость коагуляции.

Область 2 на графике называют иначе областью медленной коагуляции.

При некоторой критической концентрации электролита в растворе С_К заряд гранулы становится равен нулю. В этом случае практически каждое соударение между коллоидными частицами приводит к их слипанию.

Скорость коагуляции будет определяться только интенсивностью броуновского движения и содержанием частиц в растворе. Она перестанет зависеть от концентрации электролита.

В связи с этим область 3 на графике называют областью быстрой коагуляции, т.к. в этом случае скорость данного процесса достигнет своего максимально возможного значения.

Коллоидная защита

Нередко наблюдают повышение устойчивости лиофобных золей к коагулирующему действию электролитов при добавлении некоторых веществ. Такие вещества называют защитными, а их стабилизирующее действие на дисперсные системы – коллоидной защитой.

Защитными веществами в водной среде могут служить природные высокомолекулярные соединения (биополимеры): белки (желатин, альбумин), полисахариды (крахмал, декстран, гепарин), а также некоторые поверхностно-активные вещества.

Коллоидную защиту объясняют адсорбцией гидрофильных защитных веществ на гранулы. При этом молекулы полимеров и ПАВ располагаются на поверхности коллоидных частиц таким образом, что их гидрофильные участки, покрытые гидратными оболочками, обращены к воде (рис. 72).

Рис. 72. Частицы лиофобного золя, защищенного ВМС

В результате мицеллы приобретают дополнительный фактор агрегативной устойчивости.

Защищенный таким образом золь поддается концентрированию и даже выпариванию досуха. Образовавшиеся осадки при добавлении воды снова способны растворяться с образованием коллоидно-дисперсной системы.

Различные биополимеры защищают золи неодинаково. Для количественной характеристики их действия используют так называемое «золотое», «рубиновое», «железное», «серебряное» и другие числа. Все они имеют лишь относительное значение и характеризуют защитную способность полимера по отношению к строго конкретному золю.

По предложению Р. Зигмонди защитное действие оценивают по минимальному числу миллиграммов сухого вещества биополимера, которое необходимо для того, чтобы предотвратить коагуляцию 10 мл золя при добавлении 1 мл 10% раствора NaCl.

В частности «золотое число» показывает сколько мг биополимера (например, желатина) нужно для защиты от коагуляции 10 мл золя золота. В зависимости от природы ВМС для одного и того же золя все эти числа могут изменяться в очень широких пределах от 0,005 до 25 мг и более.

Явление защиты играет большую роль в жизнедеятельности человеческого организма. Так белки крови защищают жир, холестерин, малорастворимые соли кальция и мочевой кислоты от коагуляции и выделения на стенках сосудов. При понижении защитной функции белков возникают заболевания: атеросклероз, кальциноз, подагра, образование камней в почках и печени.

В медицине использование спинномозговой жидкости при определении золотого числа используется для диагностики некоторых заболеваний, например, менингита.

В фармацевтической промышленности желатин используют для получения термодинамически устойчивых обратимых коллоидных растворов серебра, золота, ртути, которые применяются в качестве лекарственных препаратов (колларгол, проталгор и т.д.).