Коллоидная химия | страница 73

3.5.3.

КИНЕТИКА КОАГУЛЯЦИИ ЭЛЕКТРОЛИТАМИ

В качестве количественной характеристики коагуляции Зигмонди предложил использовать скорость коагуляции.

Скорость коагуляции - это изменение концентрации коллоидных частиц в единицу времени при постоянном объеме системы.

где - концентрация частиц; t - время.

Знак "-" стоит потому, что концентрация частиц со временем уменьшается, а скорость всегда положительна.

Степень коагуляции :

где Z - общее число столкновений частиц в единицу времени; - число эффективных столкновений (т.е. столкновений, приводящих к коагуляции) в единицу времени.

Если = 0, коагуляция не происходит, коллоидный створ агрегативно устойчив.

Если = 1, происходит быстрая коагуляция, т.е. каждое столкновение частиц приводит к их слипанию.

Если 0 << 1, наблюдается медленная коагуляция т.е. только некоторые столкновения частиц приводят к их слипанию.

Чтобы частицы при столкновении слиплись, а не разлетелись как упругие шары должен быть преодолен потенциальный барьер коагуляции . Следовательно, коагуляция произойдет только в том случае, когда коллоидные частицы будут обладать кинетической энергией, достаточной для преодоления этого барьера. Для увеличения степени коагуляции необходимо снижать потенциальный барьер. Это может быть достигнуто добавлением к золю электролита-коагулянта.

Зависимость скорости коагуляции от концентрации электролита представлена на рис. 10.1 . На графике видны три участка:

I. Следовательно, кинетическая энергия (k - постоянная Больцмана) - лиофобный золь агрегативно устойчив.

II. т.е. потенциальный барьер коагуляции больше, но соизмерим с кинетической энергией коллоидных частиц, причем с увеличением концентрации электролита-коагулянта он уменьшается, а скорость коагуляции возрастает. - порог медленной коагуляции, - порог быстрой коагуляций. Этот участок кривой выражает зависимость:

На этом участке происходит медленная коагуляция.

III.

Каждое столкновение приводит к слипанию частиц - идет быстрая коагуляция.

БЫСТРАЯ КОАГУЛЯЦИЯ

Теория быстрой коагуляции, разработанная М. Смолуховским в 1916 г., основана на следующих положениях.

1. Рассматриваемая система является монодисперсной, радиус частиц r.

2. т.е. все столкновения являются эффективными.

3. Рассматриваются только столкновения первичных частиц.

4. Кинетика коагуляции подобна кинетике бимолекулярной реакции:

где k - константа скорости коагуляции.

Проинтегрируем это уравнение, разделив переменные:

где - концентрация частиц золя в начальный момент времени;