Конденсационные методы получения коллоидных систем

Из классификации дисперсных систем по размеру частиц следует, что коллоидные растворы (золи) занимают промежуточное положение между молекулярными и грубодисперсными системами. Этим определяются два возможных пути получения коллоидных растворов. Один путь состоит в укрупнении частиц при агрегации молекул или ионов – такой метод называют конденсационным. Второй путь заключается в измельчении крупных частиц до коллоидной дисперсности, его осуществляют методом диспергирования.

Конденсация может протекать как химический и как физический процесс. И в том и в другом случае метод конденсации основан на образовании в гомогенной среде новой фазы, имеющей коллоидную дисперсность. Общим условием образования новой фазы является состояние пересыщения раствора или пара. При возникновении местных пересыщений в каких-то участках раствора образуются агрегаты из нескольких молекул, которые и становятся зародышами новой фазы. Роль зародышей могут выполнять имеющиеся или вносимые в систему центры кристаллизации - пылинки, небольшие добавки готового золя и др. Чем больше число центров кристаллизации и меньше скорость роста кристаллов, тем выше дисперсность получаемых золей.

Согласно современной теории образования в гомогенной среде зародышей новой фазы, этот процесс является флуктуационным.

Образование зародышей возможно при условии, когда с_r>с. Из пересыщенного раствора может быть получена высокодисперсная система только в том случае, если скорость образования зародышей v\ намного больше, чем скорость их роста V2. В противном случае образуются крупные частицы, которые не обладают кинетической устойчивостью и выпадают в осадок.

В случае химической конденсации новая фаза возникает при протекании реакций, приводящих к образованию нерастворимых в данной среде веществ. Это могут быть реакции восстановления, окисления, обмена, гидролиза.

Для различных химических реакций, используемых при получении золей, оптимальные условия образования и роста зародышей подбирают опытным путем. Как правило, высокодисперсные золи получают внесением в разбавленный раствор одного из реактивов небольшого количества концентрированного раствора второго реактива при интенсивном перемешивании. При такой методике образовавшиеся зародыши твердой фазы быстро прекращают рост, так как разбавленный раствор скоро истощается. Свежеобразованная дисперсная фаза, состоящая из агрегатов нерастворимого вещества, часто имеет аморфное строение. С течением времени (от нескольких минут до суток) . идет процесс кристаллизации нерастворимых частиц и они приобретают кристаллическую структуру.

Реакции восстановления.Для получения золей благородных металлов (платины, золота, серебра) применяют обычно реакции восстановления. Восстановление может проводиться с применением защитных коллоидов или без них. В качестве защитных коллоидов используют ВМВ, которые адсорбируются на поверхности коллоидных частиц и образуют защитные пленки. В фармацевтической практике в присутствии защитных коллоидов получают препарат колларгол, представляющий собой коллоидный раствор серебра, защищенный солями лизальбиновой и протальбиновой кислот.

При получении золя золота золотохлористо-водородная кислота превращается в аурат калия по реакции

2НАuС1₄ + 5К₂СО₃ = 2КАuО₂ + 5СО₂ + 8КС1 + Н₂О

Реакция восстановления аурата калия формальдегидом протекает по уравнению

2КАuО₂ + ЗНСНО + К₂СО₃ = 2Аu + ЗНСООК + КНСОз + Н₂О

На образующихся микрокристаллах золота адсорбируются ионы аурата, являющиеся потенциалобразующими ионами. Противоионами служат ионы К⁺.

Методы гидролиза.Для получения золей гидроксидов тяжелых металлов применяют гидролиз.

Золь металлического серебра можно получить, восстанавливая разбавленные растворы солей серебра в щелочной среде танином. Танин (пентадигаллоилглюкоза) С₇₆Н₅₂О₄₆, окисляясь, дает нерастворимые вещества - флобафены С₇₆Н₅₂О₄₉