Дайте визначення коагуляції, порога коагуляції та коагулюючої здатності електроліту. Значення процесів коагуляції для життєдіяльності організму
Порушення агрегативної стійкості колоїдної системи у бік укрупнення частинок за рахунок їх злипання під впливом молекулярних сил тяжіння називається коагуляцією (від лат.згущення, згортання). Коагуляцію колоїдів можуть викликати електроліти, зміни температури, механічні впливи, зміна складу дисперсійного середовища, електричний струм та ін.
Електролітна коагуляція.
Основні правила коагуляції:
Усі електроліти можуть спричинити коагуляцію. Але коагулюючу дію має тільки той іон, який протилежний заряду гранули
Коагуляцію викликає лише певна концентрація електроліту.
Мінімальна концентрація електроліту, що викликає швидку коагуляцію, називається порогом коагуляції (ПК).
Він зазвичай виражається в мілімолях на літр колоїдного розчину.
Коагулююча здатність електроліту пов'язана з валентністю іонів. Коагулюючий іон повинен мати заряд, протилежний до заряду частинок.
Розмір ПК залежить від величини заряду іона-коагулятора. Чим вища його валентність, тим менша концентрація електроліту відповідає поріг коагуляції. Це правило Шульца - Гарді. Існує загальна закономірність: з підвищенням валентності іона зменшується концентрація коагулюючого електроліту, що додається, а співвідношення порогів коагуляції для одно-, двох-, і трьох-валентних іонів відповідає співвідношенню чисел: сотень, десятків і одиниць.
Згідно з правилом Шульце-Гарде, поріг коагуляції (γ с) вимірюється обернено пропорційно 6-му валентності іона (у граничному випадку)
γ з = k/Z 6 k - коефіцієнт.
Тобто значення порогів коагуляції для одно-, дво-, і тривалентних іонів як 1: (1/2) 6: (1/3) 6 = 1: 1/64: 1/729 = 729: 11: 1.
Поріг коагуляції залежить від природи електроліту та від валентності коагулюючого іона. Поріг коагуляції обчислюють за такою формулою:
γ = СV(електроліту)/(V(золя) + V(електроліту)) (ммоль/л),
де С – концентрація електроліту, ммоль/л; V - мінімальний обсяг розчину електроліту, при додаванні якого розпочалася коагуляція золю, мл.
Коагулююча здатність іонів однакової зарядності збільшується зі зростанням радіусу іона.
Коагулююча дія електроліту не зводиться лише до стиснення дифузного шару. Одночасно протікає виборча адсорбція на колоїдній частинці тих іонів електроліту, які мають протилежний заряд гранулі.
Механізм коагуляції електролітами
Відбувається зняття електричного заряду, тобто. приведення колоїдної частинки в ізоелектричний стан (ζ = 0) та зменшення гідратної оболонки колоїдної частинки.
У цьому випадку відбувається стиск дифузного шару шляхом переходу протиіонів з дифузного шару в адсорбційний. При цьому дзета-потенціал зменшується, при ζ = 0 усі колоїдні частки седиментують. Крім цього, відбувається виборча адсорбція на колоїдній частинці тих іонів електроліту, які мають заряд, протилежний гранулі.
СУСПЕНЗІЇ– це суспензії порошків у рідині (ґрунти та ґрунти, глиняне тісто, цементні та вапняні розчини, масляні фарби). Розведені суспензії використовуються для фарбування тканин, концентровані у будівництві. Розміри частинок суспензій більші, ніж кількість частинки. Суспензії одночасно і поглинають та розсіюють світло, седиментаційно нестійкі, не виявляють осмотичного тиску та броунівського руху, частинки видно у звичайний мікроскоп, не здатні до дифузії. Як правило, на поверхні частинок утворюється ДЕС або сольватна оболонка. -потенціал частинок має таку ж величину, що й для типових золів. Під впливом електролітів суспензії коагулюють.
Агрегативностійкі суспензії пластичні. Агрегативно нестійкі системи – тендітні. Агрегативно нестійкі системи можна зробити агрегативно стійкими при введенні ПАР (приклад Al 2 O 3 у бензолі, сажі у воді).
Емульсії - Це дисперсні системи, в яких і дисперсна фаза, і дисперсійне середовище - рідкі. Ступінь дисперсності звичайних емульсій не дуже велика: радіус їх частинок порядку 10 -3 - 10 -5 см. Звичайні емульсії - це мікрогетерогенні системи, що складаються з двох рідин, які не змішуються, одна з яких диспергована в інший у вигляді дуже дрібних крапель. Зазвичай одна з фаз емульсії – вода. Іншою фазою може бути будь-яка органічна рідина, що не змішується з водою: масло, бензол, бензин, гас та ін. Цю іншу рідину прийнято називати, незалежно від її хімічної природи, олією.Окрім води та олії, будь-яка стійка емульсія обов'язково містить ще третій компонент, що надає їй агрегативну стійкість, який називається емульгатором.Вода та олія утворюють емульсії двох типів. Перший тип: вода – дисперсійне середовище, олія – дисперсна фаза, це емульсії олії у воді (М/В) – прямі емульсії. Другий тип – емульсії води у маслі (В/М) – зворотні.
Розрізняють емульсії розведені та концентровані. Розведені емульсії (концентрація дисперсної фази до 0,1%) стабілізуються електролітами, що утворюють подвійний електричний шар на поверхні емульгованих крапель. Вони стійкі без спеціальних емульгаторів. Концентровані емульсії (концентрація дисперсної фази > 1%) стійкі тільки у присутності спеціальних емульгаторів, як яких використовуються речовини, що утворюють на крапельках емульгованої рідини міцну плівку, що не розривається при зіткненнях. Це ВМС, желатин, каучук, смоли та напівколоїди – мила.
Емульгатор вибирається відповідно до правила: емульсії М/В стабілізуються розчинними у воді ВМС, наприклад, білками, та водорозчинними – гідрофільними милами, наприклад, олеатом натрію. Емульсії В/М стабілізуються ВМС, розчинними у вуглеводнях, наример, поліізобутиленом, олеофільними смолами та милами з полівалентними катіонами (олеатом кальцію), не розчинними у воді та розчинними у вуглеводнях.
Емульсії з концентрацією дисперсної фази більше 74% називають желатинованими.За фізичними властивостями вони від звичайних. Звичайні емульсії – це рідини, наприклад молоко, вершки; желатиновані – твердоподібні, наприклад, консистентні мастила, вершкове масло, маргарин, майонез, густі креми.
Емульсію одного типу можна перетворити на емульсію іншого типу. Це явище називається обігом фаз в емульсіях, воно досягається шляхом зміни природи емульгатора
Емульсії одержують механічним диспергуванням дисперсної фази в дисперсійному середовищі у присутності відповідного емульгатора. Для диспергування рідин, що емульгуються застосовують сильне перемішування, струшування, вібрації, що здійснюється за допомогою спеціальних мішалок, колоїдних млинів, ультразвуку.
Мимовільне емульгування відіграє істотну роль у процесах, пов'язаних з перетравленням та засвоєнням їжі тваринним організмом. При попаданні, наприклад, в кишечник жиру спочатку відбувається самодиспергування жиру під впливом ПАР (холевих кислот), що містяться в жовчі, а потім отримана емульсія високодисперсна всмоктується через стінку кишечника в організм.
До природних емульсій відноситься молоко, яєчний жовток, латекс – чумацький сік каучуконосів, з якого отримують натуральний каучук.
У харчовій промисловості до емульсій належать як молочні продукти, а й маргарин, майонези, соуси. У фармацевтичній промисловості багато ліків застосовують у вигляді емульсій. Емульсії бітуму у воді широко застосовуються при будівництві та ремонті доріг. У сільському господарствібагато гербіцидів, інсектицидів і фунгіцидів застосовують у вигляді емульсій.
Пінамиє дисперсні системи, у яких дисперсна фаза – газ, а дисперсійне середовище – рідина, витягнута тонкі плівки. Інакше кажучи, піни – це висококонцентровані емульсії газу рідини. Пінами є багато будівельних та ізоляційних матеріалів (пінобетони, пінопласти, пемзи), а також продовольчі товари (пастила, зефір, мус і т.д.). Піни використовуються при вогнегасінні, процесах флотації.
Для отримання стійкої піни необхідні стабілізатори - піноутворювачі, в якості яких можуть використовуватися поверхнево-активні ВМС, мила та ін. воду. Гідрофільна частина молекули гідратується водою, утворюючи гідратні шари певної товщини, що захищають бульбашки газу від злиття.
Піна може бути отримана струшуванням розчину піноутворювача в циліндрі або пропусканням повітря через пористий фільтр, поміщений розчин піноутворювача. Третій спосіб полягає в тому, що струмінь розчину з певної висоти падає на поверхню того самого розчину, що знаходиться в циліндрі.
Час життя пінивизначається часом існування її певного обсягу з моменту виникнення до повного руйнування або часом, за який висота стовпа піни зменшується вдвічі.
Кратність піни- Це відношення початкового обсягу піни до обсягу розчину піноутворювача, витраченого на освіту цієї піни.
Рідку піну, стабілізовану милом або ВМС, можна зруйнувати, додавши ПАР, що витісняє піноутворювач з поверхні бульбашок.
Якщо плівки рідини, які поділяють бульбашки газу в піні, здатні твердіти, можна отримати практично стійку тверду піну (пінобетон, мікропориста гума і т.д.).
АЕРОЗОЛІ. Аерозолі грають важливу рольу метеорології, у сільському господарстві (дощування, боротьба зі шкідниками), у військовій справі (сигнальні та маскуючі дими). Більшість палива спалюється у розпорошеному вигляді. Гасіння пожеж ефективніше проводити за допомогою водяного пилу (водяної завіси).
Аерозолі відрізняються від ліозолей малою в'язкістю дис середовища та відсутністю стабілізуючої сольватної оболонки або ДЕС на поверхні дис частинок. Аерозолі нестійкі. Будь-який аерозоль згодом руйнується. Грубодисперсні аерозолі седиментують. Високодис аерозолі руйнуються внаслідок частих зіткнень частинок між собою або зі стінками судини (для природних аерозолів з перешкодами: деревами, будинками тощо). Частки аерозолів переміщуються не тільки під дією механічних сил, але й під дією інших градієнтів: електричного потенціалу (електрофорез); температури (термофорез).
Заряд на частках аерозолів є випадковою величиною та визначається захопленням іонів газів з атмосфери. Осідання заряджених частинок призводить до виникнення потенціалу осідання у вертикальному напрямку (в атм десятки кВ/м). Швидкість седиментації може бути посилена вітром та низхідними повітряними течіями. У цьому досягається напруженість поля, відповідає пробою повітря (діелектрика), тобто. виникає блискавка.
Способи руйнування аерозолів полягають у фільтрації через пористі матеріали, барботажі аерозолів через рідину, адсорбції частинок зустрічним потоком розпиленої рідини, осадженні штучно заряджених аерозольних частинок на електрофільтрах.
НАПІВКОЛОЇДИ
Розчини ВМС являють собою мономолекулярні ліофільні системи, термодинамічно стійкі та оборотні. Для руйнування системи необхідно зменшити ліофільність за рахунок зменшення активності дис середовища, що призведе до зменшення активності розчинника у сольватних шарах. Цього можна досягти при додаванні агентів, що десольватують, наприклад, електролітів. Це називають висолюванням, при цьому відбувається боротьба за воду між макромолекулами та іонами. В результаті висолення утворюються волокна, пластівці, сирні опади.
ВМС завжди характеризуються деякою усередненою масою М. Основними методами визначення М є методи осмометрії, дифузії, світлорозсіювання, ультрацентрифугування та вимірювання в'язкості. Багато набряклі або розчинені ВМС дисоційовані на іони і являють собою колоїдні електроліти.
Колоїдні електроліти можуть існувати у вигляді окремих полііонів. Наприклад, молекула білка в розчині несе ряд іонних груп -СОО або NH; у вигляді матриці несучої фіксовані іони одного знака, врівноважені рухливими протиіонами в іонообмінних смолах. До поліелектролітів близькі міцели, що виникають у розчинах ПАР.
Здатність дисперсних систем зберігати певний ступінь дисперсності називаєтьсяагрегативною стійкістю.
Частинки дисперсної фази пручаються злипання за рахунок різних механізмів. Дана здатність обумовлена по-перше утворенням на поверхні частинок дисперсної фази подвійного електричного шару, що забезпечує електричну стабілізацію дисперсної системи. . По-третє, існує кінетичний фактор стійкості – мала частота зіткнень дисперсних частинок.
Золі (колоїдні розчини) відрізняються від грубодисперсних та молекулярних систем агрегативною нестійкістю, тому вони змінюються як у часі, так і при добавках різних речовин.
Суть механізму очищення води від зважених колоїдних частинок полягає в порушенні рівноважного стану системи - усунення балансу сил, що не дозволяють частинкам осісти.
Досягнення цієї мети використовує процес коагуляції колоїдних домішок (спрощено - коагуляція води).
Коагуляція - процес злипання колоїдів у більші агрегати, що відбувається в результаті їх зіткнень приброунівському русі, змішуванні або спрямованому переміщенні в зовнішньому силовому полі, додаванні коагулянтів. При цьому відбувається випадання осаду – коагуляту.
Коагулянти (зазвичай це розчинні солі заліза чи алюмінію) інтенсифікують процес коагуляції. Введення у воду цих речовин сприяє утворенню нової малорозчинної фази (в результаті гідролізу – взаємодії речовини з водою). Таким чином, процес коагуляції полягає в прогресуючому укрупненні частинок та зменшенні їх чисельності в обсязі дисперсійного середовища.
Коагуляція буває повільна та швидка. При повільній коагуляції лише незначна частина зіткнень частинок-колоїдів призводить їх до злипання, а коагулят не випадає. При швидкій коагуляції кожне зіткнення має ефективність і спричиняє злипання частинок, а в колоїдному розчині поступово утворюється осад.
Мінімальну концентрацію речовини, що дозується (електроліту або не електроліту), що ініціює процес коагуляції в системі з рідким дисперсійним середовищем, називають порогом коагуляції. За певних умов коагуляція оборотна. Процес переходу коагулята назад у сіль називають пептизацією, а провокують цей процес речовини – пептизаторами. Пептизатори, будучи стабілізаторами дисперсних систем, адсорбуються на поверхні частинок, послаблюючи взаємодію між ними, у результаті відбувається розпад агрегатів. Особливо ефективно повернення первинний стан проходить при введенні в середу поверхнево-активних речовин, що знижують поверхневу міжфазну енергію і полегшують диспергування.
Коагуляція із застосуванням солей заліза
Розглянемо які процеси протікають при додаванні в колоїдний розчин сульфату заліза (III). Цей коагулянт у водному розчині дисоціює на іони заліза та сульфат-іон:
Fe 2 (SO 4) 3 → 2 Fe 3+ + 3 SO 4 2-
Fe 3+ + H 2 O ↔ Fe(OH) 2+ + H +
Fe(OH) 2+ + H 2 O ↔ Fe(OH) 2 + + H +
Fe(OH) 2 + + H 2 O ↔ Fe(OH) 3 ↓ + H +
Fe 3+ + 3H 2 O ↔ Fe(OH) 3 ↓ + 3H +
Міцелла – структурна одиницяліофобних (слабко взаємодіють з рідиною) колоїдів, що не має певного складу. Схематично її будова на прикладі міцели гідроксиду заліза (III) може бути зображена схемою:
(mFe(OH) 3 2nFe(OH) 2+ (2n - x) SO 4 2- )2x+ xSO 4 2-
Мікрокристал гідроксиду заліза, що утворює колоїдну частинку (див. малюнок), вибірково адсорбує з довкілляіони, ідентичні іонам його кристалічних ґрат. Залежно від хімічного складурозчину (надлишок сульфат - іонів або надлишок іонів заліза) мікрокристал набуває негативного або позитивного заряду. Такий заряджений кристал називається ядром міцели, а повідомляють йому цей заряд потенціаловизначальні іони.
Електричне поле зарядженої поверхні кристала притягує із розчинупротиіони - іони, що несуть протилежний заряд. На межі розділу фаз утворюється подвійний електричний шар, товщину якого визначає зовнішня межа хмари протиіонів.
Подвійний електричний шар складається з адсорбційної та дифузної частин. Адсорбційний шар включає в себе потенціалутворюючі іони і частина протиіонів, адсорбованих на поверхні ядра. Дифузний шар добудовують інші протиіони у кількості, що сприяє електронейтральності міцели.
Подвійний електричний шар, що оточує колоїди, під впливом коагулянтів (електролітів), перебудовується: протиіони починають витіснятися з дифузної до адсорбційної частини, і товщина всього електричного шару з часом зменшується до товщини адсорбційного шару. Дисперсні частинки потрапляють у область взаємного тяжіння, і настає швидка коагуляція.
Коагуляція із застосуванням солей алюмінію
Найчастіше для очищення води коагуляцією на вітчизняних станціях водопідготовки та в басейнах використовують 18-ти водний кристалогідрат сульфату алюмінію - Al 2 (SO 4) 3 . 18 H 2 O.
Процеси, що протікають при введенні у воду солей алюмінію, аналогічні вищеописаним при додаванні солей заліза:
Al 3+ + H 2 O ↔ Al(OH) 2+ + H +
Al(OH) 2+ + H 2 O ↔ Al(OH) 2 + + H +
Al(OH) 2 + + H 2 O ↔ Al(OH) 3 ↓ + H +
Сумарне рівняння гідролізу:
Al 3+ + 3H 2 O ↔ Al(OH) 3 ↓ + 3H +
Утворення осаду гідроксиду алюмінію відбувається при значеннях рН в діапазоні від 5 до 7,5. При рН< 5 осадок не образуется. При рН >8,5 йде розчинення утвореного гідроксиду алюмінію з утворенням алюмінію.
Al 2 (SO 4) 3 + 6 NaOH = 2 Al(OH) 3↓ + 3 Na 2 SO 4
Al(OH) 3 + NaOH = Na або (NaAlO 2 . 2H 2 O)
Сучасні коагулянти
Все більшого поширення в процесах водопідготовки та очищення стічних вододержують коагулянти на основі поліоксихлориду алюмінію.
Переваги цих коагулянтів у порівнянні з сульфатом алюмінію:
Постачання у вигляді розчинів, що робить зручнішим їх застосування (не треба розчиняти);
більший відсотковий вміст активної речовини;
Одержання очищеної води вищої якості;
Скорочення обсягу вторинних відходів;
Низький залишковий вміст алюмінію (< 0,2 мг/л);
Не потрібно коригувати рН;
Широкий діапазон робочих температур.
Технічні характеристики таких коагулянтів виробництва ВАТ «АУРАТ»:
Контактна коагуляція
Один із варіантів очищення методом коагуляції – контактна коагуляція. Контактна коагуляція відбувається на зернах завантаження напірних вертикальних фільтрів механічного очищення. При цьому введення коагулянту здійснюється безпосередньо перед механічним фільтром. Зерна завантаження та частинки, адсорбовані ними, служать центрами коагуляції. Процес пластівництва у цьому випадку значно прискорюється.
Перебіг процесу коагуляції з більш високою швидкістю та відсутність необхідності у відстійниках для формування та осадження пластівців осаду є безперечними перевагами контактної коагуляції.
До недоліків контактної коагуляції відноситься прискорене забруднення напірних фільтрів та потреба у частій регенерації завантаження, а також небезпека проскоку реагенту у разі неправильного підбору режиму коагуляції/фільтрування.
Щоб перевірити, чи здійснюється контактна коагуляція чи ні, воду після механічних фільтрів перевіряють на вміст коагулянту.
Шановні пані та панове, якщо у Вас є потреба реалізації очищення води за допомогою коагулянтів для доведення якості води до певних нормативів, зробіть запит спеціалістам компанії Waterman. Ми розробимо оптимальну технологічну схему очищення води.
Коагуляція- процес злипання колоїдних частинок з утворенням більших агрегатів через втрату колоїдного розчину агрегативної стійкості.
Поріг коагуляції- мінімальна кількість електроліту, яку треба додати до колоїдного розчину, щоб викликати явну коагуляцію (помітну на око); - помутніння розчину або зміна його забарвлення.
спк = сел · Vел / Vкр + Vел
де з ел- Вихідна концентрація розчину електроліту; V ел- Об'єм розчину електроліту, доданого до колоїдного розчину; V кр- Об'єм колоїдного розчину.
Коагулюючаздатність - величина зворотна порога коагуляції, підпорядковується правилу Шульце-Гарді.
Колоїдний захист, її роль у життєдіяльності. Пептизація, біологічна роль
Колоїдний захист- Підвищення агрегативної стійкості ліофобних золів при додаванні до них ВМС.
Механізм полягає в тому, що навколо міцел колоїдного розчину утворюються адсорбційні оболонки з гнучких макромолекул ВМС, які дифільні та їх гідрофобні ділянки звернені до частин дисперсної фази, а гідрофільні фрагменти звернені до води.
При цьому система ліофілізується, міцели набувають додаткового фактора агрегативної стійкості за рахунок власних гідратних оболонок з макромолекул ВМС.
- · хороша розчинність ВМС у дисперсному середовищі колоїдного розчину та адсорбованість молекул на колоїдних частинках;
- · Досить велика концентрація.
Таким чином, білки крові перешкоджають випаданню в осад і виділенню на стінках кровоносних судин малорозчинних холестерину і солей кальцію, також перешкоджають утворенню каменів у сечовивідних та жовчновивідних шляхах.
Пептизація- процес, зворотні коагуляції, тобто. перетворення осаду, що утворився в результаті коагуляції, на стійкий колоїдний розчин.
Проводиться двома шляхами:
- 1. промивання коагуляту чистим розчинником (ДС);
- 2. додавання спеціального електроліту-пептизатора.
Умови ефективної пептизації:
- · До пептизації здатні тільки свіжоотримані опади;
- · Необхідне додавання невеликих кількостей електроліту-пептизатора;
- · пептизації сприяють перемішування та нагрівання.
Цей процес лежить в основі розсмоктування атеросклеротичних бляшок на стінках кровоносних судин, ниркових та печінкових каменів або тромбів кровоносних судин.
Ліофобні колоїдні розчини, як термодинамічно нестійкі системи, можуть руйнуватися мимоволі або під впливом зовнішніх впливів. Руйнування колоїдних розчинів починається з їхньої коагуляції
Коагуляція- процес об'єднання колоїдних частинок з утворенням більших агрегатів через втрату колоїдним розчином агрегативної стійкості.
В результаті коагуляції укрупнені частинки дисперсної фази легко седиментують і відбувається розшарування системи. Таким чином, причиною коагуляції є втрата агрегативної стійкості колоїдним розчином, а наслідком коагуляції – зменшення його седиментаційної стійкості. Практично коагуляцію можна викликати різними зовнішніми впливами:
Ø додаванням невеликих кількостей електроліту,
Ø концентруванням колоїдного розчину,
Ø зміною температури,
Ø дією ультразвуку, електромагнітного полята ін.
При коагуляції відбувається порушення агрегативної стійкості колоїдних систем у бік укрупнення частинок (рис.28), і золь поділяється на дві самостійні фази (рідку та тверду). Явище коагуляції є основою багатьох фізіологічних і патологічних процесів, які у живих системах: гемостаз (згортання крові при ушкодженнях), коагуляція білків тканин при опіках тощо. Коагуляція колоїдних розчинів фосфату кальцію холестерину в крові призводить до утворення опадів та відкладення їх на стінках судин (склеротичні зміни судин). У біологічних системах найбільше практичне значення має коагуляція при додаванні невеликих кількостей електроліту, оскільки золі клітин у контакті з електролітами. Однак для кожного електроліту необхідна своя мінімальна концентрація, що називається порогом коагуляції золя електролітом ( зпк). Поріг коагуляції– мінімальна концентрація електроліту, яку треба додати до 1 л золю, щоб викликати явну коагуляцію (помітну на око) – помутніння розчину або зміну його забарвлення. Поріг коагуляції можна розрахувати за такою формулою: , де зел – вихідна концентрація розчину електроліту; Vел – обсяг розчину електроліту, доданого до золю; Vзоля – обсяг вихідного золю. ел золя ел ел пк V V V з 8 9
Величину, зворотну порогу коагуляції, називають коагулюючою дією і визначають за формулою: , Коагулююча дія електролітів на колоїдні розчини з іонним стабілізатором підпорядковується правилу Шульце – Гарді : & Коагуляцію золів викликають будь-які іони, які мають знак заряду, протилежний до заряду гранул. Коагулююча здатність іонів тим сильніша, чим вищий заряд іона-коагулянту. Коагулююча дія іона-коагулянту прямо пропорційна його заряду шостою мірою: = f(Z6). Якщо до золю, що має будову колоїдних частинок: (mAgI nI– (n–x)К+)x– xК+, додати розчини NaCl, CaCl2, AlCl3, то коагулююча дія катіонів різко зростатиме: (Na+) : (Ca2+) : (Al3+) = 1:64:729. В даний час встановлені відхилення від правила Шульце-Гарді. На поріг коагуляції окрім заряду іона-коагулянта впливає радіус цього іона та природа іона, супутнього іону-коагулянту. Вплив електролітів на коагуляцію колоїдних розчинів необхідно враховувати під час введення розчинів солей у живі організми. При цьому важливо розуміти, що має значення не тільки концентрація електроліту, а й заряд іона. Так, ізотонічний 0,9%-ний розчин NaCl не можна замінити ізотонічним розчином MgCl2, так як двозарядні іони мають більш високу коагулюючу дію, ніж однозарядні. ПК с1
Вводити розчини електролітів внутрішньовенно або внутрішньом'язово необхідно дуже повільно, щоб не спричинити коагуляцію. При швидкому введенні через повільну швидкість дифузії може відбутися локальне накопичення електроліту, що перевищує порогову концентрацію, що призведе до коагуляції біосубстратів. При повільному введенні електроліт виноситься зі струмом крові, дифундує у сусідні тканини. Порогова концентрація при цьому не досягається і коагуляція не настає. У живих тканинах це явище називається звикання. Насправді коагуляція часто викликається дією сумішами електролітів . Адитивність – це підсумовування коагулюючої дії іонів, що викликають коагуляцію. Адитивна дія проявляється в тих випадках, коли електроліти, що містять іони, що коагулюють, не взаємодіють хімічно між собою і діють незалежно один від одного. Це явище спостерігається в тому випадку, коли іони-коагулянти мають однаковий заряд і близький рівень гідратації. Наприклад, суміш солей KCl і NaNO3 виявляє адитивну дію по відношенню до колоїдних розчинів як з негативно, так і з позитивно зарядженими гранулами. У першому випадку коагуляцію викликають катіони К+ та Na+, у другому – аніони Cl– та NO3–. Антагонізм – це ослаблення коагулюючої дії одного електроліту у присутності іншого. Спостерігається в тому випадку, якщо електроліти в суміші взаємодіють між собою і коагулюючі іони зв'язуються в нерозчинні сполуки (випадають в осад) або утворюють міцний комплескс, який не володіє коагулюючою здатністю. Наприклад, коагулююча дія Pb2+ щодо негативно заряджених гранул послаблюється в присутності NaCl, так як утворюється осад хлориду свинцю: Pb2 + + 2Cl - PbCl2. Синергізм - це посилення коагулюючої дії одного електроліту в присутності іншого. Це можливо в тому випадку, якщо між електролітами в суміші відбувається хімічна реакція, в результаті якої утворюється багатозарядний іон, що володіє вищою коагулюючою здатністю. Наприклад, коагулююча дія FeCl3 і KCNS по відношенню до позитивно заряджених гранул колоїдного розчину значно посилюється за рахунок реакції утворення багатозарядного комплексного аніону, що має високу коагулюючу здатність: Fe3+ + 6CNS– 3–. Гетерокоагуляція – коагуляція колоїдних розчинів, що містять різнорідні частинки, що відрізняються за хімічною природою, знаком або величиною заряду. Приватним випадком гетерокоагуляції є взаємна коагуляція. Якщо до золю з негативно зарядженими частинками додати золь з позитивно зарядженими частинками, то станеться їх взаємна коагуляція. На багатьох водоочисних станціях до води, що містить негативно заряджені органічні суміші, додають позитивно заряджені золі гідроксиду алюмінію або заліза. Після взаємної коагуляції пластівці, що утворилися, легко відфільтровуються на піщаних фільтрах. Мимовільна коагуляція багатьох зол часто протікає повільно. Її можна прискорити, підвищуючи швидкість руху частинок, що допомагає їм долати тиск, що розклинює. Прискорення руху частинок можна досягти, наприклад, підвищенням температури розчину. Підвищенням концентрації золю також можна прискорити його коагуляцію, оскільки зі збільшенням концентрації зростає кількість ефективних зіткнень між колоїдними частинками. Процес коагуляції дуже чутливий до додавання електролітів. Невелика кількість електролітів може різко його прискорити. Отже, з одного боку, електроліти необхідні стабілізації золів, з другого – їх надмірне додавання веде до коагуляції золей. Вплив різних електролітів на цей процес неоднаковий. Як видно, перші порції електроліту не викликають видимих оком змін золю. При цьому починається утворення частинок нижчих (I, II, III) порядків, яке протікає непомітно для неозброєного ока, і називається тому прихованою коагуляцією .
Подальше збільшення концентрації електроліту веде до прогресивного розвитку коагуляції, підвищення її швидкості і супроводжується появою частинок вищих порядків. Золь зазнає видимих змін: він каламутніє або змінюється його забарвлення. При цьому величина ξ-потенціалу частинок зменшується. Ця стадія процесу називається явною коагуляцією . Перехід прихованої коагуляції у явну називається порогом коагуляції . Явна коагуляція у свою чергу поділяється на два періоди: повільну коагуляцію , при якій всяке збільшення концентрації електроліту прискорює коагуляцію та швидку коагуляцію , коли подальше підвищення концентрації електроліту не впливає її скорість, тобто. коагуляція протікає з максимальною швидкістю. При повільній коагуляції в повному обсязі зіткнення колоїдних частинок у золі виявляються ефективними, і закінчуються об'єднанням частинок, а за швидкої коагуляції все зіткнення призводять до їх об'єднанню. При коагуляції разом із зменшенням числа частинок та їх укрупненням відбувається зміна ряду властивостей розчинів: знижується швидкість дифузії та фільтрації частинок, збільшується швидкість седиментації, змінюється інтенсивність розсіяного світла, а разом з тим і забарвлення розчинів тощо. Механізм коагуляціїЕлектролітна коагуляція полягає у зменшенні розклинюючого тиску тонкого шару рідини, що може відбуватися внаслідок: а) зменшення заряду поверхні твердої фази і, як наслідок, зменшення міжфазного і потім електрокінетичного потенціалів; б) зменшення товщини іонних атмосфер дифузних шарів і, як наслідок, зменшення дзета-потенціалу. У зв'язку з цим за механізмом розрізняють два види коагуляції:
Нейтралізаційна коагуляціянастає під дією електроліту, який хімічно взаємодіє з потенциалопределяющими іонами, зв'язуючи в міцне з'єднання (наприклад, в осад) і зменшуючи заряд поверхні ядра. Наприклад, при додаванні К2S до колоїдного розчину AgI з позитивно зарядженими гранулами (потенціаловизначальні іони Ag+), між іонами-коагулянтами S2- і потенціаловизначальними іонами Ag+ відбувається реакція з утворенням осаду Ag2S, що призводить до руйнування міцели AgI. В результаті зв'язування потенциалопределяющие іони Ag+ зменшується міжфазний потенціал φ мф і число протиіонів NO3-, необхідних для компенсації заряду поверхні ядра. Таким чином, іонна атмосфера стає тоншою, знижується тиск, що розклинює, що призводить до злипання частинок. Концентраційна коагуляція настає під дією електроліту, який хімічно не взаємодіє з іонами стабілізатора і не змінює заряд поверхні ядра міцели. Коагулюючу дію виявляють ті іони електроліту, які є протиіонами для даних міцелл. Концентраційна коагуляція відбувається за незмінного значення міжфазного потенціалу φ мф, але супроводжується зменшенням електрокінетичного дзета-потенціалу ( ξ) .
Коагуляційні процеси часто відбуваються в природі, наприклад, у місцях впадання річок у моря. У річковій воді завжди містяться колоїдні частинки мулу, глини, піску або ґрунту.
При змішуванні річкової води з морської солоної (що містить більшу кількість електролітів) починається коагуляція цих частинок, а зменшення швидкості течії води сприяє осідання їх у гирлі річок, в результаті чого утворюються мілини і острови.
Коагуляцію широко використовують для очищення води, що надходить у водопровідну мережу. Для цього до неї додають сульфати алюмінію та заліза(III), які, будучи хорошими коагулянтами, крім того, гідролізуються з утворенням золів гідроксидів металів. Частинки цих золів мають заряд, протилежний знаку заряду гранул, присутніх у воді. В результаті відбувається взаємна коагуляція золів та їх осадження.
Колоїдні розчини містяться у стічних водах багатьох виробництв: наприклад, стійкі емульсії нафтопродуктів, різних інших органічних рідин. Їх руйнують обробкою стічних вод солями лужноземельних металів.
У цукровій промисловості коагуляційні процеси використовуються при очищенні соку цукрових буряків. До складу його, крім сахарози та води, входять нецукрові речовини, часто в колоїдно-дисперсному стані. Для їх видалення сік додають Са(ОН) 2 . Його масова часткапри цьому зазвичай не перевищує 25%. Домішки, що знаходяться в колоїдному стані, коагулюють та осідають. Для видалення із соку надлишку Са(ОН) 2 через нього пропускають вуглекислий газ. В результаті утворюється осад СаСО 3 який захоплює за собою з розчину багато розчинні домішки.
Процеси коагуляції грають істотну рольу живому організмі, т.к. біологічні рідини містять у своєму складі колоїдно-дисперсні частинки, що знаходяться у дотику до розчинених електролітів. У нормі дані системи зазвичай перебувають у стані рівноваги і коагуляційні процеси у яких протікають. Але цю рівновагу можна легко порушити при внесенні ззовні додаткової кількості електроліту. Причому, вводячи їх у організм, треба враховувати як його концентрацію в біологічної рідини, а й заряд іонів. Так, ізотонічний розчин NaCl не можна замінити ізотонічним розчином MgCl 2 , оскільки в цій солі, на відміну від NaCl, містяться двозарядні іони Mg 2+ , що мають більш високу коагулюючу здатність, ніж іони Na + .
При введенні в кров'яне русло суміші солей слід попередньо переконатися, що ця суміш не має синергічної дії, щоб уникнути шкідливої для організму коагуляції.
Вирішення багатьох проблем у медицині: протезування кровоносних судин, клапанів серця тощо. - Залежить від процесів згортання крові. Їх можна як коагуляцію еритроцитів. У хірургії під час операцій до крові вводять антикоагулянти (гепарин, модифікований декстран, поліглюкін). Після операцій та у разі внутрішніх кровотеч, навпаки, – електроліти, що сприяють перебігу коагуляції: капронову кислоту, протамін-сульфат.
Для діагностики багатьох захворювань у клінічних лабораторіях визначають швидкість осідання еритроцитів (ШОЕ). При різних патологіях з низки причин коагуляція еритроцитів посилюється, і їх осідання стає більшою, проти нормою.
Утворення жовчних, сечових та інших каменів в організмі також пов'язане з посиленням при патологічних станах коагуляції холестерину, білірубіну, солей сечової кислоти внаслідок ослаблення природної захисної дії. Вивчення механізму цих процесів украй важливе для вироблення шляхів лікування цих захворювань.