Файл: Захарченко В.Н. Коллоидная химия учебник.pdf

кие частицы теория рассеяния света была распространена Р. Гансом. Ми разработал также теорию рассеяния света электропроводящими частицами. Наиболее тщательно изу­ чены оптические свойства золя золота, окраска которого изменяется по мере увеличения размеров частиц от яркокрасной до фиолетовой. Проверка теории Ми на золях золота показала ее хорошее сіэгласие с экспериментом.

Явления, связанные с рассеянием света, широко ис­ пользуются для установления формы и размеров частиц. Аналитический метод определения концентрации частиц, основанный на измерении интенсивности рассеянного све­ та, называется нефелометрией. Схема нефелометра пока­

зана на рис. 71. В одну из его кю-' вет наливают эталонный раствор,

вдругую — испытуемый. Интен­ сивности света, рассеиваемого су­ спензиями или золями в обеих кюветах, можно уравнять, подо­ брав соответствующую высоту b кюветы с испытуемым раствором. Отношение высот двух кювет об­ ратно пропорционально отноше­ нию концентраций содержащихся

вних частиц дисперсной фазы.

Внекоторых случаях предпо­

читают сравнивать интенсивности не рассеянного света, а интен­ сивности световых потоков, про­ ходящих через рассеивающую сре­ ду. Этот метод анализа называ­ ется турбидиметрией. Интен­

сивность света, прошедшего через рассеивающую сре­ ду, можно определить по уравнению

/ = /0е-Лс1,

где о — концентрация частиц; I — толщина кюветы; h — коэффициент мутности.

В заключение отметим, что существуют эффекты, в некоторой степени напоминающие опалесценцию (рассе- ,яние света),— флуоресценция и комбинационное рассея­ ние. В отличие от рассеяния света при флуоресценции и комбинационном рассеянии переходы электронов на раз­ личные энергетические уровни под действием квантов

144

света приводят к появлению излучений с длиной волны, отличающейся от падающего света.

Ультрамикроскопия. Дифракционная теория Аббе по­ казывает, что разрешающая способность оптического мик­ роскопа позволяет различать только те точки, расстояние между которыми не менее X/(2«-sin а) (гдеХ—длина свето­ вой волны, п — показатель преломления среды, а — по­ ловина угла, под которым рассматривается частица). Расчеты, проведенные в соответствии с этой теорией, дают

не наблюдаются с помощью обычного оптического микро­ скопа.

В 1903 г. Р. Зигмонди и Г. Зидентопф предложили оптический метод изучения систем, содержащих частицы

Й

коллоидных размеров. По этому методу, называемому ультрамикроскопией, наблюдается свет, рассеянный оди­ ночными частицами.,Этот метод можно сравнить с наблю­ дением за движением отдельных пылинок, попавших в солнечный луч в темном помещении. Схема предложен­ ного Зигмонди и Зидентопфом щелевого микроскопа по­ казана на рис. - 72. Свет от дуговой лампы фокусируется линзами в системе, частицы которой рассеивают свет. Чтобы выделить небольшое поле зрения под микроскопом, используется раздвижная щель, позволяющая вводить в

изучаемый объект пучок света высотой в несколько мик*

145

рометров. В ультрамикроскопе Зигмонди и Зидентопфа оптическая ось микроскопа перпендикулярна вводимому в объект лучу света. Э. Коттон и А. Мутон в 1903 г. скон­ струировали прибор, в котором направление светового луча и оптическая ось микроскопа совпадают. Для обес­ печения темного фона в их приборе используется эффект полного внутреннего отражения.

Метод ультрамикроскопии дает возможность определить средние размеры частиц в золе. Для этого сосчитывают число частиц п в просматриваемом объеме ѵ. Если общий объем системы У, а масса дисперсной фазы т , то средний объем частицы равен

тV

Т= Т ~пѴ '

где d — плотность дисперсной фазы. Ультрамикроскопия в некоторой степени позволяет

судить о форме частиц, так как интенсивность света, рас­ сеиваемого сферическими частицами, не изменяется со временем, а анизодиаметрические частицы вследствие вра­ щательного броуновского движения мерцают.

Для изучения аэрозолей Б. В. Дерягин и Г. Я- Вла­ сенко предложили поточный ультрамикроскоп. Воздух, содержащий аэрозольные частицы, проходит через каме­ ру с постоянной объемной скоростью. Освещенность кю-' веты изменяется с помощью оптического клина. Так как рассеяние света частицей зависит от ее размеров, то с помощью оптического клина можно подбирать такую осве­ щенность, при которой частицы до определенного размера не будут наблюдаться. Таким путем можно оценивать распределение частиц по размерам.

В настоящее время наиболее употребительным и на­ дежным методом определения размеров частиц является электронная микроскопия. С помощью электронной мик­ роскопии были изучены явления, сопровождающие обра­ зование и старение коллоидных систем. В частности, поль­ зуясь этим методом, В. А. Каргин и В: Я- Берестнева установили, что первой стадией получения золей является появление частиц дисперсной фазы в виде аморфных агре­ гатов, которые спустя некоторое время могут перейти в кристаллическое состояние. Поскольку устройство и прин­ цип работы электронного микроскопа изучаются в курсе физики, рассматривать его в нашем курсе нецелесообразно.

146

Г л а в а IX

ПОЛУКОЛЛОИДЫ

Системы, характеризующиеся равновесными перехо дами:

называются полуколлоидами, или семиколлоидами. Полу­ коллоидные системы образуют при растворении некоторые красители, мыла, танниды и другие соединения. Наиболее обширна и хорошо изучена группа поверхностно-активных соединений, растворы которых являются полуколлоида­ ми. Особенности образования и поведения полуколлои­ дов в дальнейшем будут рассматриваться на примере этих

веществ.

Коллоидные поверхностно-активные вещества. Колло­ идными поверхностно-активными веществами называют со­ единения, способные не только концентрироваться на гра­ нице раздела фаз, что вообще характерно для всех поверх­ ностно-активных соединений, но и образовывать мицелляр­ ные системы. Эти вещества в настоящее время очень широко применяются в различных отраслях промышленности; по темпам роста производства они занимают одно из первых мест среди продукции химического производства. В на­ стоящее время коллоидные поверхностно-активные ве­ щества применяются для стирки и Обработки Тканей, как средства, облегчающие диспергирование твердых веществ, как эмульгаторы в производстве фармацевтических и кос­ метических препаратов, как пенообразователи в противо­ пожарной технике и во многих других случаях. В последнее время . они начинают находить возрастающее приме­ нение в биологических исследованиях, например для дес­ трукции биологических мембран (дезоксихолат натрия, тритон X-100 и др.), эмульгирования нерастворимых жидкостей.

Коллоидные поверхностно-активные вещества весьма многообразны по строению. Они включают в себя следую­ щие типы соединений: 1)' ионогенные (анионактивные, катионактивные, амфолитные); 2) неионогенные.

Ионогенные коллоидные поверхностно-активные ве­ щества диссоциируют в водных растворах, при этом анион­ активные вещества образуют поверхностно-активные ани­ оны, способные агрегировать друг с другом, образуя ми­

147

целлы, а катионактивные — поверхностно-активные ка­ тионы. Амфолитные коллоидные поверхностно-активные соединения диссоциируют с отщеплением малых поверх­ ностно-неактивных катионов и анионов. Примером анионактивного вещества служит обычное мыло, диссоциирующее по схеме

К числу анионактивных соединений относятся также алкилсульфонаты, например додецилсульфонат натрия (Cl2H 25CeH4S03Na), соли желчных кислот, например холат натрия, формула которого такова:

Из катионактивных веществ наибольшее распростра­ нение получили четвертичные аммониевые соли, общую формулу которых можно записать следующим образом:

/R,

-n£ r, X-

4 R3

где R, Ri, Ra, Rs — углеводородные радикалы; X — ато­ мы хлора, брома или иода; из углеводородных радикалов один содержит значительное число углеродных атомов,

атри остальных небольшие, чаще всего этил или метил. При диссоциации таких соединений образуются по­

верхностно-активные катионы и галогенид-ионы.

148

амфолитные коллоидные поверхностно-активные соединения еще не получили широкого распространения. Од­ нако изучению этих соединений уделяется внимание, так как многие из них обладают бактерицидным действием.

Неионогенные коллоидные поверхностно-активные ве-

Н2С—СН2

со спиртами, фенолами, жирными кислотами и другими соединениями, содержащими полярные группы. Процесс получения неионогенных коллоидных поверхностно-актив­ ных соединений взаимодействием окиси этилена с фенолом протекает по схеме

СвН,4\ 0 -,С Н 2—СН2— О— СН2— СН2ОН

■■■—*■C0H4/VR

N0— [СН2—СН2— 0]„н

149