ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Физико-химические основы коагуляции из "Обработка воды на тепловых электроносителях " Крупная взвесь, содержащаяся в природной воде, сама по себе седимен-тационно неустойчива и может быть выделена из воды путем ее отстаивания либо фильтрования через инертную зернистую массу — антрацитовую крошку, кварцевый песок и т. п., которую загружают в так называемый механический фильтр. Но при этом более тонкая взвесь и коллоидные примеси остаются все же в воде. [c.40] С увеличением степени раздробленности вещества увеличивается и его общая суммарная поверхность. Так, поверхность кубика с длиной ребра 1 см равна 6 см . Если разделить его на кубики с длиной ребра 10 — 10 см (размеры коллоидных частиц), то общая поверхность вещества составит соответственно 6-10 —6-10 см . [c.40] В Г О м о Г е н н ы X, т. е. однородных, системах, которыми являются истинные растворы, на каждую молекулу со всех сторон действуют одинаковые силы взаимного притяжения. В гетерогенной системе молекулы, находящиеся на поверхности раздела двух фаз, испытывают различные по величине силы притяжения со стороны той и другой фаз, так как силы взаимного сцепления между молекулами разных веществ различны. Равнодействующая сил направлена в сторону той среды, в которой взаимное притяжение молекул больше, в данном случае — в сторону коллоидной частицы. Эта особенность условий существования молекул поверхностного слоя приводит к тому, что увеличение поверхности вещества требует затраты энергии. Полезная работа, затрачиваемая на образование единицы поверхности, называется поверхностным натяжением, обозначается буквой а и выражается в эрг1см . [c.40] В системах, обладающих большим запасом свободной энергии, протекают самопроизвольные процессы, ведущие к уменьшению ее. Так, в коллоидных системах может происходить слипание частиц — коагуляция, в результате которой поверхность раздела фаз и соответственно запас свободной энергии уменьшаются. Системы, в которых происходят самопроизвольные изменения размеров частиц, называют агрегативно неустойчивым и. [c.40] Во всякой коллоидной системе происходила бы самопроизвольная коагуляция, если бы не было препятствующих ей стабилизаторов. Агрегативную устойчивость, стабильность колоидные частицы приобретают вследствие адсорбции на их поверхности различных веществ. [c.40] Адсорбцией называется явление изменения содержания данного компонента в поверхностном слое по сравнению с содержанием его во внутренних слоях. [c.41] Избыточная поверхностная энергия коллоидных частиц расходуется на работу удержания молекул из окружающей среды. Чем больше поверхность, тем больше поверхностная энергия и, следовательно, больше адсорбция. В результате адсорбции происходит уменьшение свободной энергии. Одни вещества адсорбируются лучше, другие — хуже. К избирательной адсорбции склонны трудно растворимые в данной среде вещества, а также такие, которые в чистом виде обладают значительно меньшим поверхностным натяжением. [c.41] По способности к адсорбции молекул воды коллоидные частицы делятся на гидрофильные, или смачиваемые, и гидрофобные, т. е. не склонные к адсорбции молекул воды, несмачиваемые. [c.41] На поверхности раздела адсорбируются как нейтральные молекулы, так и ионы. [c.41] Вследствие адсорбции ионов на поверхности коллоидных частиц последние приобретают электрический заряд, знак которого соответствует знаку адсорбированных ионов (они называются потенциа-лообразующи м и). [c.41] Окружающая среда приобретает при этом заряд противоположного знака за счет потери части одних ионов, адсорбированных коллоидной частицей, и создания избыточной концентрации других ионов с зарядом противоположного знака, так называемых противоионов. [c.41] Таким образом, возникает д войной электрический слой, обусловливающий разность потенциалов р между зарядом коллоидной частицы и зарядом прилегающей среды. Плотный двойной слой образуется только в концентрированных электролитах. В разбавленных растворах, какими являются природные воды, вследствие ди( )фузии и взаимного отталкивания избыточных ионов ионная обкладка двойного слоя приобретает диффузное строение чем дальше от поверхности частицы, тем меньше концентрация избыточных противоионов двойного электрического слоя. Коллоидная частица вместе с адсорбционными и диффузионными слоями называется мицеллой. При тепловом движении частица захватывает часть диффузионного слоя остальная, более отдаленная часть его как бы отсекается. [c.41] Устанавливающаяся фактическая разность потенциалов между движущейся коллоидной частицей и окружающей ее средой называется электро-кинетическим или дзета-потенциалом и обозначается буквой , причем ср. Чем больше противоионов попадает в движущийся вместе с частицей слой жидкости, тем меньше -потенциал (рис. 2-1). [c.41] Строение мицеллы. [c.41] Знак заряда коллоидных частиц определяется как свойствами самого коллоидного вещества, так и свойствами окружающей его среды, качественным и количественным составом растворенных в ней примесей. [c.42] На поверхности коллоидных частиц может происходить химическое взаимодействие между молекулами самих частиц и адсорбированными ими из окружающей среды ионами, причем образующиеся соединения, как правило, менее растворимы и обладают меньшим электростатическим потенциалом. [c.42] Вследствие адсорбции ионов снижается поверхностная энергия коллоидных систем и, следовательно, повышается их агрегативная устойчивость. Кроме того, адсорбированные цоны придают частицам одинаковой природы одноименный заряд, который является источником электростатических сил отталкивания частиц друг от друга и препятствует их сближению. Вокруг ионов располагаются определенным образом ориентированные молекулы воды вследствие свойственной им полярности. Ионы, образующие двойной электрический слой вокруг коллоидных частиц, удерживают молекулы воды. В результате этого вокруг мицеллы создается гидратацион-н ы й слой, который препятствует столкновениям частиц и, следовательно, их слипанию. Адсорбционные и гидратационные слои коллоидных частиц являются стабилизаторами их устойчивости. Они препятствуют сближению частиц до такого расстояния между ними, когда преобладающей силой становится сила взаимного притяжения, так называемая сила Ван-дер-Ваальса. [c.42] Чтобы выделить из воды коллоидные примеси, нужно создать условия для снижения их агрегативной устойчивости, т. е. для коагуляции. [c.42] Агрегативная устойчивость снижается при добавлении электролитов, механическом воздействии, изменении температуры, под влиянием света, электрического поля, ультразвука и т. п. При всех этих разнообразных воздействиях причина коагуляции одна. По теории, разработанной Б. В Дерягиным, она состоит в том, что изменяется структура защитных слоев стабилизатора. [c.42] Вернуться к основной статье