Устойчивость золей может быть повышена путём прибавления к ним небольших количеств высокомолекулярных соединений (ВМС). Молекулы ВМС адсорбируются на поверхности коллоидных частиц, образуя гелеобразные плёнки, защищающие частицы от возможного слипания.
При коагуляции некоторые золи способны создавать из коллоидных частиц пространственные сетки, образуя твёрдообразные не текучие структурированные системы, называемые гелями. Некоторые гели (например гели цементных растворов) под влиянием механических воздействий могут переходить в золь (или пластичную, текучую систему), который через некоторое время вновь переходит в гель. Такое явление называется тиксотропией . Гели цементных растворов, кремниевой кислоты и некоторые другие называются хрупкими. Теряя воду, они не уплотняются, т.е подвергаются синерезису. Это явление называется также “старением” геля.
В заданиях по теме “Дисперсные системы” требуется:
1.Составить формулу мицеллы золя (графа С), полученного при взаимодействии вещества (графа А) с избытком вещества (графа В) (см. таблицу ниже). Для этой мицеллы указать потенциалопределяющие ионы, противоионы, заряд гранулы. Для этого указать электролит, наиболее эффективно вызывающий его коагуляцию. Предлагаемые электролиты: KNO3, CaCl2, Al2(SO4)3, Na3PO4. Выбор объяснить.
2.Дать определение, описание и объяснение величинам, явлениям и процессам, приведённым в графе 5.
КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ
| Номер варианта | А | В | С | Величины, явления, процессы |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| 151 | KI | AgNO3 | AgI | Дисперсная система. Гранула. Суспензия |
| 152 | Na2S | FeCl2 | FeS | Электрокинетический потенциал. Гель. Мицелла. |
| 153 | AlCl3 | NaOH | Al(OH)3 | Степень дисперсности. Агрегативная устойчивость золей. Удельная поверхность |
| 154 | NaBr | AgNO3 | AgBr | Коагулят. Силикагель. Поверхностная энергия. |
| 155 | FeCl3 | NaOH | Fe(OH)3 | Коллоидная система (золь). Кинетическая устойчивость золей. Диффузия. |
| 156 | K2S | MnCl2 | MnS | Электроосмос. Поверхностно – активное вещество. Адсорбация. |
| 157 | Na2SiO3 | HCl | H2SiO3 | Грубодисперсная система. Аэрозоль. Абсорбация. |
| 158 | ZnSO4 | Na2S | ZnS | Защитные коллоиды. Коагуляция. Лиофобные и лиофильные золи. |
| 159 | Ca(NO3)2 | Na2SO4 | CaSO4 | Дисперсная фаза. Правило Шульце – Гарди. Пептизация. |
| 160 | KCl | AgNO3 | AgCl | Активный (активированный) уголь. Порог коагуляции. Диализ. |
| 161 | Cd(NO3)2 | Na2S | CdS | Дисперсная среда. Тиксотропия. Электродиализ |
| 162 | Pb(NO3) | K2S | PbS | Ультрафильтрация. Седиментация. Броуновское движение. |
| 163 | BaCl2 | Na2SO4 | BaSO4 | Эмульсия. Строение коллоидных частиц. Гель. |
| 164 | CuCl2 | Na2S | CuS | Мицелла. Сорбция. Агрегативная устойчивость золей. |
| 165 | SnCl2 | KJ | Sn(OH)2 | Суспензия. Электрофорез. Кинетическая устойчивость золей. |
| 166 | AgNO3 | KI | AgI | Удельная поверхность. Коагулянт. Мицелла. |
| 167 | FeCl2 | Na2S | FeS | Диффузия. Синерезис эластичных гелей. Гранула. |
| 168 | NaOH | AlCl3 | Al(OH)3 | Поверхностная энергия. Дис-персная система. Силикагель. |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| 169 | AgNO3 | NaBr | AgBr | Адсорбция. Электрокинетический потенциал. |
| 170 | NaOH | FeCl3 | Fe(OH)3 | Адсорбция. Степень дисперсности. Поверхностно – активное вещество. |
| 171 | MnCl2 | K2S | MnS | Лиофильные золи. Коагулянт. Правило Шульце – Гарди. |
| 172 | HCl | Na2SiO3 | H2SiO3 | Лиофобные золи. Коллоидная система (золь). Коагуляция. |
| 173 | Na2S | ZnSO4 | ZnS | Дисперсионные методы получения дисперсных систем. Электроосмос. Сорбция. |
| 174 | Na2SO4 | Ca(NO3)2 | CaSO4 | Конденсационные методы получения дисперсных систем. Защитные коллоиды. Гель. |
| 175 | AgNO3 | KCl | AgCl | Пептизация. Грубодисперсная система. Порог коагуляции. |
| 176 | Na2S | Cd(NO3)2 | CaSO4 | Оптические свойства дисперсных систем. Активный (активированный) уголь. Коагулянт. |
| 177 | K2S | Pb(NO3)2 | PbS | Диализ. Дисперсная фаза. Тиксотропия. |
| 178 | Na2SO4 | BaCl2 | BaSO4 | Электродиализ. Дисперсионная среда. Строение коллоидных частиц. |
| 179 | Na2S | CuCl2 | CuS | Броуновское движение. Ультрафильтрация. Синерезис эластичных гнлей. |
| 180 | NaOH | SnCl2 | Sn(OH)2 | Мицелла. Эмульсия. Электрофорез. |
ВЯЖУЩИЕ СИСТЕМЫ (ЦЕМЕНТЫ)
К вяжущим относятся дисперсные системы, состоящие из избытка твёрдого порошка и жидкости затворения (смешения), которые способны в течение ограниченного времени – минут, часов, суток – самопроизвольно превращаться в прочное камневидное тело – искусственный камень.
Как следует из термодинамического описания химических процессов (разд. 1), самопроизвольно в стандартных условиях происходят процессы, в том числе и камнеобразование, для которых ∆G0298 <0.
Для того чтобы затвердевание системы произошло, необходимо выполнение определённых условий (условий М. М. Сычёва).
1. Химическая реакция между порошком твёрдого и жидкостью должна заканчиваться обязательным образованием комплексного соединения – гидрата, т.е. продукта, содержащего ионы соединения, образующего твёрдый порошок, и молекулы воды.
2.Отношение твёрдого (Т) к жидкости (Ж) должно быть равно или больше критической величины (а): Т/Ж >= а. Такое отношение может достигать двух – трёхкратного значения.
3.Скорость взаимодействия порошка и жидкости не должна быть ни мгновенной, ни слишком большой (техническое условие).
Для того чтобы осуществилось условие 1 – образование гидратов, надо, чтобы между катионом (акцептор А) порошка твёрдого вещества и молекулами воды, являющимися донорами электронных пар (донор Д), была возможность взаимодействия по донорно-акцепторному механизму:
H2O↑↓ + A = A ↑↓ OH2
Донор Д Акцептор А Гидрат
Кроме способности катиона и молекул воды образовывать химическую связь, при образовании гидратов следует учитывать отношение размеров катиона и аниона; если отношение приближается к единице, то молекулам воды не хватает физического места в структуре соли, гидрат не образуется и твердение не происходит.
Гидратообразование (комплексообразование) обуславливает возможность проявления дисперсной системой вяжущих свойств в зависимости от положения в таблице Д. И. Менделеева, оно увеличивается в пределах подгруппы снизу вверх, а по периоду – справа налево. В таком же направлении изменяется вяжущая способность системы в зависимости от катиона соли. Количественной оценкой вяжущей способности системы является показатель прочности при сжатии (под прочностью понимается сопротивление системы разрушению).
Выделим две классификации вяжущих – по положению в таблице Д. И. Менделеева и по эксплуатационным свойствам.
По первой классификации в соответствии с принадлежностью к семейству катиона – акцептора, обеспечивающего твердение, вяжущие системы (цементы) можно разделить на s- , p-, d- цементы. Например, кристаллогидрат CaSO4∙2H2O обеспечивает получение s-цемента, т. к. кальций – s-элемент; Zn3(PO4)2∙4H2O лежит в основе получения d-цемента; т. к. цинк - d-элемент; Al2(SO4)3 ∙18H2 O – p-цемент, т. к. Al – p-элемент.
Классификация по положению в таблице Д. И. Менделеева позволяет, во – первых, прогнозировать проявление вяжущего свойства как свойства электронных аналогов s-, p- и d- элементов; во-вторых, химическая классификация позволяет прогнозировать прочность химической связи в гидратах, а следовательно, и прочность вяжущих систем на их основе в направлении роста энергии орбиталей – акцепторов d > p > s при прочих равных условиях – степени дисперсности, величине Т/Ж, температуре, давлении. В- третьих, она позволяет предвидеть клеящую способность системы, или иначе, адгезионные свойства, например, p- и d-цементы должны обладать более высокой клеящей способностью (адгезией), чем s-цементы, т.к. энергия p- и d-орбиталей выше, чем энергия s-орбиталей.
Четвёртая особенность этой классификации состоит в том, что она позволяет прогнозировать механические свойства полученных искусственных камней. Более гибкие, гантелевидное направленности в пространстве, например р–орбитали, характерные для р-цементов, будут способствовать более “гибкой” структуре материала – искусственного камня, т.е.более высокой прочности при изгибе.
Вторая классификация вяжущих систем на растворимости гидратов в воде и на соответствующей растворимости искусственных каменных материалов. Можно выделить две группы вяжущих: воздушные, кристаллогидраты которых и, следовательно, искусственные камни растворимы в воде, и гидравлические, кристаллогидраты которых и, следовательно, затвердевший материал на их основе в воде не растворимы. К воздушных вяжущих относятся сульфатные, хлоридные, нитратные s-, p- и d-цементы, а также силикатные и алюминатные ns1-цементы (1 главная подгруппа), к гидравлическим - силикатные, алюминатные и фосфатные s-, p- и d-цементы. Наибольшее применение в строительной практике из воздушных вяжущих имеют гипсовые, магнезиальные и гашёная известь, гидратация и твердение которых протекает по реакциям, осуществляющимся в системе из избытка порошка (Т) и недостатка жидкости затвердения (Ж) (Т/Ж~2÷3) и приводящим, поэтому к возникновению камня.