назвать какие способы приготовления золей применяются

Золи, свойства, получение, разрушение и применение

Золи, свойства, получение, разрушение и применение.

Золи представляют собой дисперсную среду, где в виде капель, газообразных молекул или твердых частиц мельчайших параметров растворена дисперсная фаза. При этом размер последних колеблется в пределах от 1 до 100 нанометра.

Золи, как коллоидные растворы и высокодисперсные системы:

Золи – это высокодисперсные (включающие в себя два и более компонентов) системы коллоидного характера. Они представляют собой промежуточную фракцию, расположенную между истинными смесями и взвесями (системами грубодисперсного характера).

Золи, как и любая дисперсная система – это образования из двух или большего числа фаз (тел), которые практически не смешиваются и не реагируют друг с другом химически. Первое из веществ (дисперсная фаза) мелко распределено во втором (дисперсионная среда).

Золи – классические дисперсные системы, но обладающие уникальными, только им присущими свойствами. Название их происходит от латинского solutio, означающего непосредственно «раствор», и может включать в себя различные компоненты. Все эти составляющие представляют собой дисперсную среду, где в виде капель, газообразных молекул или твердых частиц мельчайших параметров растворена дисперсная фаза. При этом размер последних колеблется в пределах от 1 до 100 нанометра.

В коллоидных системах составляющие фазы изолированы друг от друга молекулами дисперсной среды. По истечению определенного времени (для каждого вида фазы оно индивидуально) они способны увеличиваться в размерах (накапливать в себе молекулы среды) и сталкиваться друг с другом – коагулировать. Далее в действие вступает сила тяжести: крупные молекулы также набирают вес и оседают на дно – седиментируют.

Классификация, виды и типы золей:

Золи имеют широкую классификацию, которая обусловлена видом и природой дисперсной среды.

В зависимости от вида дисперсной среды золи делятся на:

– аэрозоли – газообразная дисперсная среда;

– лиозоли – жидкая дисперсная среда.

В зависимости от природы жидкой дисперсной среды золи могут быть:

– гидрозолями – если в качестве среды выступает вода;

– органозолями – средой системы является органическая жидкость;

– алкозолями – дисперсная фаза растворена в спиртах;

– этерозолями – основой служат эфиры и прочие.

В свою очередь лиозоли разделяются на:

– органо- и гидрозоли металлов ;

Частицы, образующие фазу в лиозолях, не способны образовывать пространственную структуру, что дает им возможность свободно участвовать в броуновском движении.

Различаются золи и по устойчивости – способности сохранять свое исходное состояние в течение неопределенного длительного времени. При этом устойчивость может быть:

– к осаждению – способность удерживать равновесное распределение среды и фазы по всему объему дисперсной системы или наоборот (сохранение разделения фазы и среды);

– к агрегации – характеризуется агрегативной устойчивостью, т.е. способностью сохранять размеры частиц и их индивидуальность.

Агрегативная устойчивость склонных к быстрому смешиванию дисперсных систем достигается добавлением в них стабилизатора – вещества, которое адсорбируется на поверхности частиц фазы и не позволяет им слипаться. Как следствие, они не увеличиваются в размере и не оседают на дно. В качестве оптимальных стабилизаторов для золей выступают:

– высокомолекулярные соединения (ВМС);

– небольшое увеличение количества выбранного реагента.

В зависимости от того, насколько интенсивно протекает взаимодействие молекул среды и фазы в образованной системе, золи разделяют на:

– лиофильные – характеризуются интенсивным взаимодействием частиц фазы и окружающей их жидкости; устойчивы к термодинамичсекому воздействию и способны длительное время охранять свою структуру, если условия, при которых они созданы, не меняются;

– лиофобные – взаимодействие выражено слабо, они термически неустойчивы и потому склонны к распаду; для повышения агрегативной устойчивости требуется наличие стабилизатора.

Свойства золей:

Золи – это типичные коллоидные растворы, поэтому их свойства аналогичны истинным (обычным) растворам.

Источник

МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ ЛИОФОБНЫХ ЗОЛЕЙ

Общие условия получения лиофобных золей – нерастворимость или очень малая растворимость вещества дисперсной фазы в дисперсионной среде и наличие в среде веществ, которые способны стабилизировать частицы дисперсной фазы – стабилизаторов.

Если вспомнить график зависимости удельной поверхности S_уд частиц дисперсной фазы от их размеров d (см. рис. 1.2), станет ясно, что лиофобные золи занимают промежуточное положение между истинными растворами и грубодисперсными системами. Следовательно, получить коллоидные растворы можно измельчением крупных частиц до коллоидных размеров (диспергационные методы) и укрупнением молекул и ионов (конденсационные методы).

Диспергационные методы – это способы получения лиофобных золей путем дробления крупных кусков до агрегатов коллоидных размеров.

Существенные черты диспергационных методов:

1. Измельчение производится в инертной среде.

2. Диспергирование является несамопроизвольным процессом. Образование дополнительной межфазной поверхности связано с накоплением дополнительной свободной поверхностной энергии и происходит за счет совершения внешней работы.

В зависимости от вида внешней работы, которая совершается над грубодисперсной системой, диспергационные методы можно подразделить на механическое, ультразвуковое и электрическое диспергирование.

Механическое дробление грубодисперсных систем осуществляется путем: раздробления, удара, истирания, расщепления.

Измельчение частиц до размеров в несколько десятков микрон осуществляется с помощью шаровых мельниц.

Шаровая мельница – это полый цилиндрический сосуд, частично заполненный шарами из того же материала, что и сам цилиндр (сталь, агат, фарфор и др.), занимающими 30–40% от общего объема сосуда. При медленном вращении цилиндра шары перекатываются, истирая и дробя материал.

Очень тонкое раздробление (до 0,1–1 микрона) достигается на специальных коллоидных мельницах с узким зазором между быстро вращающимся ротором (10–20 тыс.об/мин) и неподвижным корпусом, причем час­тицы разрываются или истираются в зазоре.

Работами П. А. Ребиндера установлено явление понижения сопротивления твердых тел упругим и пластическим деформациям, а также механическому разрушению под влиянием адсорбции поверхностно–активных веществ. Эти явления обусловлены облегчением развития микрощелей в поверхностных слоях деформируемого и разрушаемого тела. Поверхностно-активные вещества облегчают диспергирование и способствуют значительному по­вышению степени дисперсности.

Следует иметь в виду, что механическое диспергирование является очень энергоемким процессом. Достаточно отметить, что энергия, расходуемая в стране на размол цемента, превышает энергию, вырабатываемую Волжской ГЭС.

Диспергирование ультразвуком происходит за счет разрывающих усилий. Они возникают в жидкости или твердом теле при прохождении через них ультразвуковых колебаний с частотой более 20 000 Гц в секунду (эти колебания не улавливаются человеческим ухом). При прохождении звуковой волны в системе возникают местные, быстро чередующиеся сжатия и расширения вещества, которые приводят к его разрушению. Этот метод применим и является эффективным только при диспергировании малопрочных веществ (сера, графит, крахмал, краски и т. д.).

Электрическое диспергирование. Этим методом получают коллоидные растворы металлов путем распыления в вольтовой дуге электродов из металла, погруженных в воду. Метод был изобретен Г. Бредигом в 1898 г. Для получения более стойких гидрофобных золей в воду вводят следы стабилизирующих электролитов. Таким образом, получают гидрозоли щелочных металлов.

Сведберг усовершенствовал этот метод, сделав его пригодным для получения органозолей. Для этого он применил переменный ток высокой частоты, а сами электроды помещал в металлический порошок, лежащий на дне сосуда в дисперсионной среде. Таким образом получены органозоли железа, никеля, алюминия, хрома и других; металлов.

Таким образом, сущность метода заключается в распылении металла электрода в вольтовой дуге, а также в конденсации паров металла, образующихся при высокой температуре. Поэтому электрический способ соединяет в себе черты диспергационных и конденсационных методов.

Конденсационные методы – это способы получения коллоидных растворов путем объединения (конденсации) молекул и ионов в агрегаты коллоидных размеров. Система из гомогенной превращается в гетерогенную, т. е. возникает новая фаза (дисперсная фаза). Обязательным условием является пересыщенность исходной системы.

Конденсационные методы классифицируют по природе сил, вызывающих конденсацию, на физическую конденсацию и химическую конденсацию.

Физическая конденсация. Первоначально вещество находится в виде молекул или ионов. Необходимо создать условия, при которых оно будет конденсироваться, образуя дисперсную фазу, причем конденсация должна прекратиться, когда частицы достигнут коллоидных размеров. Физическая конденсация может осуществляться из паров или путем замены растворителя.

Конденсация из паров. Исходное вещество находится в паре. При понижении температуры пар становится пересыщенным и частично конденсируется, образуя дис­персную фазу.

Таким путем получают гидрозоли ртути и некоторых других металлов.

Метод замены растворителя. Метод основан на изменении состава и свойств дисперсионной среды. Если, например, спиртовой раствор серы, фосфора или канифоли влить в воду, вследствие понижения растворимости вещества в новом растворителе раствор становится пересыщенным и часть вещества конденсируется, образуя частицы дисперсной фазы.

Химическая конденсация. В этих случаях вещество, образующее дисперсную фазу, получается в результате химической реакции. Чтобы в ходе реакции образовался коллоидный раствор, а не истинный раствор или осадок, необходимо соблюдение, по крайней мере, трех условий:

1) чтобы вещество дисперсной фазы было нерастворимо в дисперсионной среде;

2) чтобы скорость образования зародышей кристаллов дисперсной фазы была гораздо больше, чем скорость роста кристаллов; это условие выполняется обычно тогда, когда концентрированный раствор одного компонента вливается в сильно разбавленный раствор другого компонента при интенсивном перемешивании;

3) чтобы одно из исходных веществ было взято в избытке, именно оно является стабилизатором.

Методы химической конденсации разнообразны – практически любая химическая реакция, приводящая к образованию новой фазы, может служить способом получения коллоидного раствора. Приведем несколько примеров:

1. Реакция восстановления:

Ag₂O + Н₂ 2Ag + Н₂О.

Эту реакцию проводят в присутствии стабилизатора (танин, крахмал, желатин).

2. Реакция окисления:

2H₂S + SO₂ 3S + 2H₂O.

3. Реакция гидролиза:

K₄[Fe(CN)₆] + 2CuCl₂ Cu₂[Fe(CN)₆] +4KCl

Особняком стоит метод пептизации, который состоит в следующем. Измельченный материал (сажа, графит, глина) или промытый осадок вещества, полученный в результате химической реакции осаждения, промывают небольшим количеством раствора пептизатора, в результате образуется высокодисперсная система. Пептизировать можно далеко не все осадки; плотные, тяжелые осадки не поддаются пептизации, наоборот, рыхлые, студенистые осадки, особенно свежеприготовленные, легко пептизируются.

Формально пептизацию можно отнести к методам диспергирования, но это неправильно. Пептизируемый осадок – это уже диспергированный материал, доведенный до коллоидной степени измельчения, в котором частицы в результате слипания образовали крупные агрегаты. Пептизация – это нарушение связей между слипшимися частицами. Чем слабее эти связи, тем легче происходит пептизация.

Источник

Назвать какие способы приготовления золей применяются

Содержание

Описание

В зависимости от дисперсионной среды золи бывают твердыми, аэрозолями (газообразная дисперсионная среда) и лиозолями (жидкая дисперсионная среда). В зависимости от природы среды лиозоли называют гидрозолями (вода), органозолями (органическая среда) или, более конкретно, алкозолями (спирты), этерозолями (эфиры) и др. 3оли занимают промежуточное положение между истинными растворами и грубодисперсными системами (суспензиями, эмульсиями). Золи диффундируют медленнее, чем неорганические соли, обладают эффектом светорассеяния (Эффект Тиндаля). В противоположность гелям, в золях частицы дисперсной фазы не связаны в пространственную структуру, а свободно участвуют в броуновском движении.

Частицы дисперсной фазы лиозоля вместе с окружающей их сольватной оболочкой из молекул (ионов) дисперсионной среды называют мицеллами. К лиозолям относятся мицеллярные растворы различных типов, водные растворы биополимеров, органо- и гидрозоли металлов, синтетические латексы.

Свойства

Применение и получение

Получают золи при помощи диспергаторов и гомогенизаторов (хотя существует точка зрения, что довольно часто это один и тот же агрегат, который разные источники называют по-разному).

Применяют в химии, фармацевтике, военном деле, т.к. вышеперечисленные свойства позволяют резко улучшить качественные и количественные показатели химических реакций.

Примечания

Литература

Полезное

Смотреть что такое «Золи» в других словарях:

золи́ть(ся) — золить(ся), лю, лишь, лит(ся) … Русское словесное ударение

ЗОЛИ — (коллоидные растворы) жидкие коллоидные системы с частицами дисперсной фазы (мицеллами), свободно и независимо друг от друга перемещающимися в процессе броуновского движения. Золи с водной дисперсионной средой называют гидрозолями, с… … Большой Энциклопедический словарь

ЗОЛИ — ЗОЛИ, или солы (от лат. solutio раствор), коллоидальные растворы. Кла с с и ф и к а ция. В ряду дисперсных систем 3. занимают промежуточное место между суспенсия ми и эмульсиями с одной стороны и истинными растворами (молекулярно или ионно… … Большая медицинская энциклопедия

золи — (лиозоли, коллоидные растворы) – высокодисперсные коллоидные системы с жидкой дисперсионной средой. Общая химия : учебник / А. В. Жолнин [1] … Химические термины

Золи — Золи (коллоидные растворы) – дисперсные системы с предельно высокой дисперсностью, соответствующей размерам частиц 10 5 до 10 7 см; в противоположность гелям частицы дисперсной фазы в золях (мицеллы) не связаны в пространственную структуру… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

золи — (коллоидные растворы), жидкие коллоидные системы с частицами дисперсной фазы (мицеллами), свободно и независимо друг от друга перемещающимися в процессе броуновского движения. Золи с водной дисперсионной средой называют гидрозолями, с… … Энциклопедический словарь

ЗОЛИ — (от немецкого Sol коллоидный раствор) высокодисперсные коллоидные системы с жидкой дисперсионной средой; различают гидрозоли (коллоидальный кремнезем), в котором растворитель вода, и органозоли (гидролизованный этилсиликат с органическими… … Металлургический словарь

Золи — (от нем. Sol коллоидный раствор) предельно высокодисперсные коллоидные системы с жидкой дисперсионной средой. З. по традиции иногда называются коллоидными растворами. Частицы дисперсной фазы З., мицеллы (См. Мицелла), независимо одна от… … Большая советская энциклопедия

золи́ть — лю, лишь; несов., перех. 1. обл. Парить в воде с золой (белье, пряжу). Позвольте, но как же без мыла: как мыть руки, голову и, наконец, белье? В золе его, что ли, золить? Лесков, Зимний день. 2. спец. Обрабатывать (шкуры, кожи) известковым… … Малый академический словарь

ЗОЛИ — (нем., ед. ч. Sol) (лиозоли, коллоидные растворы), высокодисперсные коллоидные системы с жидкой дисперсионной средой. Частицы дисперсной фазы 3. вместе с окружающей их сольватной оболочкой из молекул (ионов) дисперсионной среды наз. мицеллами.… … Химическая энциклопедия

Источник

Лекция 6. Коллоидные растворы. Методы их получения. Очистка золей.

Коллоидные растворы (золи) Коллоидное состояние характерно для многих веществ, если их частицы имеют размер от 10?7 до 10?5 см. Суммарная их поверхность огромна, и она обладает поверхностной энергией, за счет которой может адсорбировать частицы из раствора. Образующаяся коллоидная частица называ-ется мицеллой. Она имеет сложное строение и состоит из ядра, адсорбированных ио-нов, противоионов. Если растворитель взаимодействует с ядром частицы, то образуют-ся лиофильные коллоиды, если не взаимодействует – то лиофобные коллоиды.

Методы получения коллоидных растворов Так как коллоидные системы занимают промежуточное положение между грубодисперсными систе-мами и истинными растворами, то их можно получать двумя различными путями:

1) из грубодисперсных систем путем дробления – это методы диспергирования;

Методы диспергирования:

— Электрическое диспергирование – состоит в получении золей металлов при контакте двух металли-ческих электродов при пропускании через них тока силой 5 – 10 А и напряжением на электродах 100 В. В области возникшей дуги отрываются частицы от электродов, поступают в среду и образуют золь. Так получают гидрозоли серебра, платины, золота. Их используют в медицине как антисептические лекарственные вещества.

— Диспергирование ультразвуком – используют для дробления непрочных веществ с помощью ульт-развуковых колебаний с частотой выше 20000 Гц.

— Пептизация – переход в коллоидный раствор осадков под влиянием дисперсионной среды, содер-жащей пептизатор. Пептизации поддаются только свежие осадки, они легко переходят в золь, а ста-рые, как правило, не пептизируются. Пептизацию можно наблюдать при «восстановлении» сухого молока, где пептизатором является белок.

2) из истинных растворов в результате объединения атомов и молекул в агрегаты коллоидной степени дисперсности – методы конденсации.

Конденсационные методы:

— Метод замены растворителя (физическая конденсация) – основан на замене одного растворителя другим. Если истинный раствор поваренной соли в этиловом спирте по каплям добавлять в эфир, то образуется золь поваренной соли в эфире. При этом ионы Na+ и Cl? образуют коллоидные частицы из-за плохой растворимости хлорида натрия в эфире.

— Метод химической конденсации сводится к образованию молекул нерастворимых веществ с после-дующей их конденсацией до размеров коллоидных частиц. При этом могут использоваться реакции обмена, гидролиза, окисления – восстановления.

Очистка золей. После получения золей коллоидных растворов их необходимо очищать от электро-литов, которые понижают их устойчивость и мешают изучению их свойств. Очистку золей проводят методом диализа, а используемые для этого устройства называ-ют диализаторами. В них имеется полупроницаемая перегородка, через которую проходят ионы и молекулы низкомолекулярных веществ, но задерживаются крупные по размеру коллоидные частицы. Для ускорения этого процесса применяют электрическое поле и устройства называют-ся электродиализаторами. Диализ применяют для очистки пищевого желатина, клея, красителей, целлюлозы, для удаления солей из молочной сыворотки с целью сохранения в ней лактозы и протеи-нов. Диализ наблюдается при вымачивании соленого мяса и рыбы. Метод отделения дисперсной фазы от дисперсионной среды фильтрованием коллоидных растворов через полупроницаемые мембраны называется ультрафильтрацией. Для этих целей используют также центрифуги и ультрацентрифуги. Центрифугирование, например, применяется для сепариро-вания молока, отделения мелкокристаллических осадков и т.п.

Вопросы и задания для самоподготовки:

1. Что такое коллоидные растворы, лиофильные и лиофобные коллоиды?

Источник

Назвать какие способы приготовления золей применяются

Наиболее высокомодульными щелочными силикатами являют­ся стабилизированные кремнезоли. Это дисперсные системы с низ­кой вязкостью и клейкостью. Раствор с содержанием Si02 более 10% при размерах частиц до 7 нм прозрачен, выше 50 нм — молоч­ный; выше 100 нм наблюдается седиментация. Точка нулевого за­ряда частиц кремнезема находится в области рН, близкой к двум, и в щелочных средах заряд частиц отрицателен. Отрицательный заряд частиц можно рассматривать как результат адсорбции гид­роксильных ионов на кремнеземе или как результат взаимодей­ствия поверхностных групп —ОН с ионами гидроксила:

Хемосорбция многозарядных катионов иа частицах способна изме­нить не только величину заряда поверхности, но и ее знак. Заряд частиц придает стабильность частицам, предотвращая их взаимо­действие.

Si02-2,5H20—0,0018; Si02• 2,0Н2О—0,0044; Si02-1,5Н20—0,0058;

Si02- 1,0Н2О—0,0061; Si02• 0,5Н20—0,0120.

Гидратированные формы кремнезема образуются при темпера­туре ниже 70 °С. Растворимость кремнезема, как и других веществ, зависит от кривизны поверхности. Увеличение растворимости с кривизной особенно велико для частиц малых размеров (меньше 2—3 нм) и падает до нуля для частиц диаметром больше 15— 20 нм. Скорость растворения кремнезема в воде в области рН 3—7 пропорциональна концентрации ионов гидроксила, но при более высоких рН эта связь ослабевает.

Уже при низких степенях полимеризации происходит образование циклических форм, сшивание циклов в параллельных плоскостям и появление объемных структур с последующим ростом до об­разования дисперсной частицы кремнезема. В общем случае об­разовавшиеся частицы взаимодействуют-друг с другом в зависи­мости от условий, приводя к коагуляции кремнезема или образо­ванию геля. Если агрегирование частиц предотвратить тем илв иным способом, то они будут продолжать расти до некоторой величины. Этого можно добиться, не допуская возрастания кон­центрации электролита в растворе выше 0,05—0,1 н и повышая р^ раствора до 8—9 добавлением щелочи. Так как при полимериза­ции мономерного кремнезема образуются частицы разных разме­ров, главным образом 1—2 нм, то после исчерпания мономера 0 системе станут заметными процессы укрупнения частиц из-за различия в их растворимости: мелкие частицы растворяются, а крупные увеличиваются в размере. Это будет продолжаться до тех пор, пока не останутся частицы кремнезема, весьма мало раз­личимые по растворимости, т. е. по размерам. Табл. 14 дает пред­ставление о размерах частиц кремнезема, полученных при различ­ных условиях.

Таблица 14. Рост частиц кремнезема при нагревании 4%-ного золя кремневой кислоты, стабилизированного NaOH при рН 8—10 [2]

Удельная поверх­ность, м2/г

Данные, приведенные в табл. 14, показывают, что размер об­разующихся частиц зависит прежде всего от температуры. При низких температурах (ниже 25 °С) медленный рост частиц про­должается несколько месяцев, и размер частиц в конечном итоге не превышает 6 нм. Получение крупнодисперсных золей требует высокой температуры и низкой щелочности. Если щелочность ста­новится выше допустимой, то при />300 °С в автоклаве образу­ются кристаллы кварца. При формировании золя необходимое время нагревания с увеличением температуры падает и в дальней­шем рост частиц останавливается. При заданной температуре Увеличение щелочности системы приводит к уменьшению конечных Размеров частиц. Выше 80 °С частицы кремнезема получаются Практически безводными с плотностью около 2,2 г/см3, в то время как при низких температурах полимеризующийся кремнезем про­должает оставаться гидратированным изнутри.

Получение растворов кремневой кислоты, из которых выращи­вают золь, возможно различными путями. При этом в качестве сырья большей частью желательно использование растворов жид кого стекла — дешевого продукта, выпускаемого в большом коли­честве. Помимо описанного выше использования катионитов, уда­ление ионов натрия возможно путем электролиза растворов сили­катов с ртутным катодом. Согласно Вейлу [13], электролиз кон­центрированных растворов провести не удается, необходимо их разбавление, следовательно, и последующая выпарка. Возможно также получить золи нейтрализацией растворов щелочных силика­тов кислотами с последующим электродиализом. Образующиеся при этом кислоту и щелочь можно вновь употреблять для при­готовления раствора силиката и его нейтрализации.

Стабилизация золей, как уже говорилось, производится до­бавлением щелочи или аммиака с целью создания отрицательного заряда, препятствующего агрегации частиц. Оказалось, что круп­нодисперсным золям (более 150 нм в диаметре) требуются следо­вые количества щелочи, чтобы препятствовать слипанию частиц. Чем выше дисперсность, тем более щелочная среда требуется для стабилизации коллоидной системы. Эта взаимосвязь есть продол­жение рассмотренной ранее зависимости размера коллоидных час­тиц в равновесных полисиликатных растворах от модуля. Отсюда одной из трудных задач оказалось получение стабильных кон­центрированных (я^20% Si02) золей с размерами частиц меньше 5 нм, поскольку их тенденция к самопроизвольному росту и геле­образованию весьма высока. Необходимость получения таких дис­персий вытекала из решения ряда практических задач. Помимо специальных технологий производства, такие золи требуют очист­ки от солей, так как их присутствие влияет на заряд частиц и 8заимодействие зарядов.

Рис. 38. Зависимость плотности заряда на поверхности коллоидного кремнезема от рН раствора и концентрации электролита [2] Концентрация NaCl, моль/дм3: 1 — КГ4; 2 — Ю-3; 3 — 4• Ю-3; 4-Ю»2; 5 — 4-Ю-2; 6— 10-‘; 7 — 4-Ю-‘; 8— 1,0; 9 — 4,0

На рис. 38 плотности зарядов коллоидных частиц и большом ра диусе слабополяризуемых катионов возникает дополнительная сте рическая стабилизация дисперсий. В этом видится одна из причиї высокой эффективности катионов четвертичного аммония при ста билизации дисперсий. Поскольку поверхность гидратированны) изнутри, т. е. образованных при температуре ниже 80 °С, золеі выше, чем плотных, сформированных при высокой температурі частиц, то для стабилизации последних требуется меньше щелочи чем для первых. В технологии растворов силикатов известно, чт( при введении реагентов в систему не удается полностью избежаті локальных явлений, связанных с высокой скоростью реакций сравнению со скоростью гомогенизации. Это обстоятельство спра ведливо также для золей: при стабилизации их щелочью обяза­тельна высокая скорость перемешивания. Избыток стабилизатор; понижает устойчивость системы и увеличивает ее вязкость.

Выпускаемые промышленностью золи характеризуют по ины» параметрам, чем те, что приняты для растворов жидкого стекла Общее содержание кремнезема определяют стандартными анал» тическими методами. Другой важнейшей характеристикой яв­ляется размер частиц. Так как технология изготовления зол^ позволяет получать золи, достаточно однородные по размерам, т’ ограничиваются обычно определением среднего диаметра части1 или связанной с ним удельной поверхности, принимая плотност’ кремнезема в частицах 2,2 г/см3. Размеры частиц можно оценит» по величине поглощения монохроматического света, например пр1′ длине волны 400 нм. Для золей с концентрацией кремнезема менеі 5% и размером частиц более 20 нм справедливо линейное сoof ношение между оптической плотностью lg (/0//i) и процентнЫ» содержанием кремнезема, причем угол наклона линии зависит от размера частиц (здесь /о и /і — соответственно интенсивность па­дающего и прошедшего через кювету света). Имея такой калиб­ровочный график, можно по оптической плотности и содержанию кремнезема в золе определить размер частиц. Наиболее часто используется для определения поверхности золя метод титрова­ния его щелочью в интервале рН 4,0—9,0, основанный на постоян­стве плотности ионного заряда на поверхности частиц разных размеров.

Навеску золя, содержащую точно 1,5 г Si02, разбавляют очи­щенной от С02 водой при комнатной температуре и подкисляют соляной кислотой до рНл:3. Затем разбавляют до объема 135 мл, добавляют 30 г кристаллической NaCl и перемешивают. Сразу же после растворения, приливая 0,1 н NaOH, доводят рН до 4,0 и титруют со стеклянным электродом, пригодным для высокого со­держания натрия, до рН 9,0, сохраняющегося в течение примерно 1 мин. Удельная поверхность (м^/г), приведенная к методу БЭТ, рассчитывается по уравнению [2j : А = 26,4 (V—V ), где V — объем раствора 0,1 н NaOH, см3, необходимый для титрования золя, со­держащего 1,500 г Si02, при рН от 4,0 до 9,0; vt — объем щелочи, пошедшей на титрование в холостом опыте, не содержащем золя.

Существуют разновидности метода определения поверхности золя путем титрования, тогда расчетное уравнение изменяется в каждом случае, а значения коэффициентов корректируются по экспериментальным данным. Возможно, в целях уточнения метода, введение поправок в расчет на растворимый кремнезем [2], т. е. на те формы Si02, которые не входили в дисперсную фазу. Распре­деление частиц по размерам находят при необходимости с помо­щью электронного микроскопа или методом ультрацентрифугиро­вания.

В производстве золей важной характеристикой, определяю­щей устойчивость системы, является концентрация посторонних электролитов (сверх концентрации, которая обусловлена введе­нием стабилизирующей щелочи). Общую концентрацию электро­литов находят по удельной электропроводности х при 25 °С золя, оттитрованного серной кислотой до рН=4,5 и разбавленного до 4% Si02, по формуле N=8,0 (и—4,3 • Ю-5), где N — общая нор­мальность электролитов в разбавленном золе. По результатам титрования с учетом разбавления вычисляют концентрацию Na2S04 в разбавленном золе, которая получилась за счет нейтра­лизации стабилизирующей щелочи. Разность между этими вели­чинами дает концентрацию посторонних электролитов в разбавлен­ном золе, которую при желании можно пересчитать на исходный Концентрированный золь.

Золи кремнезема относят к ньютоновским жидкостям. Их вяз­кость низка по сравнению с растворами щелочных силикатов, зависит от концентрации кремнезема в золе, и эту зависимость °писывают той или иной модификацией теоретического уравнения

Эйнштейна, которое для однородных сферических частиц имеет вид ті/ло=1+2,5ф, где т) и т)о — соответственно вязкость дисперс. ной системы и дисперсионной среды; ф — объемная доля дисперс. ной фазы.

Анализ этих модификаций в широкой области концентраций привел к обобщенному эмпирическому уравнению:

Л/Л0= 1 +2,5ф+ 10,05ф2+0,00273ехр (16,6q>).

Объемная доля дисперсной фазы должна включать не только объем собственно кремнезема, но и объем прилегающих к нему ионных и гидратных оболочек, вплоть до поверхности скольжения. Для золей с диаметром частиц более 20 нм объемом этих оболочек можно пренебречь; если частицы менее 5 нм, их доля может состав­лять десятки процентов. При рН около 2, когда поверхность крем­незема не имеет заряда, объем оболочек минимален.

То же самое уравнение Эйнштейна в дифференциальной форме иногда используют для описания образования фазы микрогеля в золе. Если ф — объемная доля фазы геля, то D In R = Kdq. Интег­рирование этого уравнения при начальных условиях ф=0; т)=т|і (где т)б — вязкость свободного от гелевой фазы золя при данной концентрации кремнезема) приводит к экспоненциальной зависи­мости относительной ВЯЗКОСТИ Т)/г)о» от объемной доли гелевой фазы.

Химические свойства кремнезема в золе принципиально не отличаются от его свойств в кристаллическом или аморфном со­стоянии, но характеризуются большей реакционной способностью как из-за большой поверхности реакции, так и в связи с высокой аморфностью кремнезема в дисперсной фазе. Особую группу со­ставляют реакции взаимодействия частиц золя непосредственно между собой или с помощью связующих агентов. Эти различные виды агрегации частиц могут происходить по разным причинам: под влиянием вносимых в систему реагентов, при возрастании концентрации кремнезема в процессе сушки, самопроизвольно при заданных условиях. Другую важную группу составляют реакции, относящиеся к химии поверхности кремнезема. Это различные виды адсорбции веществ, модифицирующие свойства поверхности дисперсной фазы, меняющие по величине или знаку электриче­ский заряд поверхности, делающие ее менее гидрофильной или даже гидрофобной. В эту же группу входят взаимодействия, ха­рактеризующие адгезию кремнезема на тех или иных поверхностях. Как реакции, приводящие к агрегации частиц, так и взаимодей­ствия на поверхности определяются в значительной степени вели­чиной плотности заряда частиц, поскольку ван-дер-ваальсовое взаимодействие является если не единственным, то, по крайней мере, первичным по отношению к водородным и химическим СВЯ­ЗЯМ. Зависимость плотности заряда частиц золя от концентрации постороннего электролита и рН раствора приведена на рис. 38.

Специфическая адсорбция многозарядных катионов, таких как А1, ре, может привести к перезарядке поверхности. При отсутствии зарядов в области низких рН стабильность золей обусловлена наличием гидратных оболочек, препятствующих агрегированию частиц между собой.

Коагуляция — это неупорядоченное агрегирование частиц кремнезема. Для него характерно объединение частиц в более или менее крупные рыхлые агрегаты, что приводит к потере прозрач­ности и постепенной седиментации агрегатов. Флокуляция — это неупорядоченная агрегация частиц с участием сшивающих аген: тов, образующих мостики между частицами. При высыхании такой системы, в отличие от коагуляции, создается весьма открытая структура, так как отсутствует непосредственное слипание частиц. Коацервация — образование двух жидких фаз — происходит при адсорбции золем поверхностно-активных веществ так, что поверх­ность кремнезема становится гидрофобной. В результате гидро­фобные частицы кремнезема, взаимодействуя между собой, обра­зуют свою жидкую фазу с высокой концентрацией кремнезема, а вода, почти лишенная кремнезема, — свою отдельную фазу, в которую обычно переходят электролиты.

Области применения золей весьма разнообразны. Они исполь­зуются в различных композициях в качестве связующих веществ, широко применяются в производстве катализаторов и адсорбентов. Золи добавляют для загущения различных жидких систем, для получения пленок гидрофильного или гидрофобного характера на самых различных поверхностях. Они входят в состав различ­ных неорганических красок и покрытий, а также используются в качестве полупродукта, кремнезема высокой реакционной спо­собности.

Производство золей является многотоннажным и насчитывает десятки наименований марок, отличающихся концентрацией Si02 видом стабилизатора, размером частиц, величиной рН, различным °-бразом модифицированной поверхностью. Зарубежные фирмы ^пускают также золи по заказу, мелкими партиями специального Назначения.

Источник