Методи очищення колоїдних розчинів. Очищення колоїдних систем. Методи одержання колоїдних систем

Надіслати свою гарну роботу до бази знань просто. Використовуйте форму нижче

Студенти, аспіранти, молоді вчені, які використовують базу знань у своєму навчанні та роботі, будуть вам дуже вдячні.

Методи отримання та очищення колоїдних розчинів

Конденсаційні методи одержання колоїдних систем

З класифікації дисперсних систем за розміром частинок випливає, що колоїдні розчини (золі) займають проміжне положення між молекулярними і грубодисперсними системами. Цим визначаються два можливі шляхи отримання колоїдних розчинів. Один шлях полягає у укрупненні частинок при агрегації молекул або іонів - такий метод називають конденсаційним.Другий шлях полягає у подрібненні великих частинок до колоїдної дисперсності, його здійснюють методом диспергування.

Конденсація може протікати як хімічний та як фізичний процес. І в тому і в іншому випадку метод конденсації заснований на утворенні в гомогенному середовищі нової фази, що має колоїдну дисперсність. Загальною умовою утворення нової фази є стан пересичення розчину або пари. При виникненні місцевих пересичень у якихось ділянках розчину утворюються агрегати з кількох молекул, які стають зародками нової фази. Роль зародків можуть виконувати наявні або внесені в систему центри кристалізації - порошинки, невеликі добавки готового золю та ін. Чим більше число центрів кристалізації і менше швидкість росту кристалів, тим вище дисперсність одержуваних золів.

Згідно сучасної теоріїУтворення в гомогенному середовищі зародків нової фази, цей процес є флуктуаційним. Умови утворення зародків твердої фази виражають рівняння

r=2 уVm/ RTln (c r/ Coo)

де r - Радіус кристала; у - поверхневе натяг на межі кристал-розчин; Vm - молярний об'єм кристалічної фази; з- Концентрація насиченого розчину; з r - Концентрація пересиченого розчину, необхідна для утворення дрібних кристалів з радіусом р.

Утворення зародків можливе за умови, коли з r> с.З пересиченого розчину може бути отримана високодисперсна система тільки в тому випадку, якщо швидкість утворення зародків v\ набагато більше, ніж швидкість їхнього зростання V2, т. е. Ј>i^>^2. В іншому випадку утворюються великі частинки, які не мають кінетичної стійкістю і випадають в осад.

У разі хімічної конденсації нова фаза виникає при перебігу реакцій, що призводять до утворення нерозчинних у середовищі речовин. Це можуть бути реакції відновлення, окиснення, обміну, гідролізу.

Для різних хімічних реакцій, що використовуються при отриманні золів, оптимальні умови утворення та зростання зародків підбирають дослідним шляхом. Як правило, високодисперсні золі отримують внесенням у розведений розчин одного з реактивів невеликої кількості концентрованого розчину другого реактиву при інтенсивному перемішуванні. При такій методиці зародки твердої фази, що утворювалися, швидко припиняють ріст, так як розведений розчин швидко виснажується. Свіжоутворена дисперсна фаза, що складається з агрегатів нерозчинної речовини, часто має аморфну ​​будову. З часом (від кількох хвилин до доби). йде процес кристалізації нерозчинних частинок і вони набувають кристалічної структури.

Реакція відновлення.Для отримання золей благородних металів (платини, золота, срібла) застосовують зазвичай реакції відновлення. Відновлення може проводитися із застосуванням захисних колоїдів або без них. Як захисні колоїди використовують ВМВ, які адсорбуються на поверхні колоїдних частинок і утворюють захисні плівки. У фармацевтичній практиці в присутності захисних колоїдів отримують препарат коларгол, що є колоїдним розчином срібла, захищений солями лізальбінової та протальбінової кислот.

При отриманні золю золота золотохлористо-воднева кислота перетворюється на аурат калію по реакції

2НАuС1 4 + 5К 2 СО 3 = 2КАuО 2 + 5СО 2 + 8КС1 + Н 2 О

Реакція відновлення аурату калію формальдегідом протікає за рівнянням

2КАuО 2 + ЗНСНО + К 2 СО 3 = 2Аu + ЗНСООК + КНСОз + Н 2 О

На мікрокристалах золота, що утворюються, адсорбуються іони аурату, що є потенціалутворюючими іонами. Протиіонами служать іони К+.

Методи гідролізу.Для отримання золів гідроксидів важких металів застосовують гідроліз.

Золь металевого срібла можна отримати, відновлюючи розчини розбавлені солей срібла в лужному середовищі таніном. Танін (пентадигалоілглюкоза) З 76 Н 52 О 46 , окислюючись, дає нерозчинні речовини - флобафен С 76 Н 52 О 49

Процеси окиснення.

Поряд із сіркою в реакціях окислення зазвичай утворюються політіонові кислоти, головним чином пентатіонова кислота H 2 S 5 O 6

Реакція подвійного обміну.Реакції подвійного обміну дозволяють отримувати багато зол важкорозчинних сполук. Наприклад, при змішуванні розведених розчинів нітрату барію та сульфату калію за умови надлишку одного з реагентів сульфат барію не випадає в осад, а утворює колоїдний розчин.

Реакція між нітратом барію та сульфатом калію протікає за схемою

(NO 3) 2 + K 2 SO 4 = BaSO 4 + 2KNO 3

При отриманні золів методами хімічної конденсації слід віддавати перевагу реакціям, при яких попутно з важкорозчинною сполукою утворюються речовини, що є неелектролітами або слабкими електролітами. Це сприяє одержанню більш стабільних золів, так як у системі не утворюються зайві електроліти, що астабілізують золь. Прикладом такої реакції може бути окислення сірководню киснем повітря.

Заміна розчинника.Цей метод отримання золів, на відміну від попередніх, відноситься до фізичної конденсації. Він заснований на тому, що розчин речовини потроху додають до рідини, яка добре змішується з розчинником, але в якій розчинена речовина настільки мало розчинно, що виділяється у вигляді високо-дисперсної фази. Прикладом можуть бути гідрозолі сірки, холестерину або каніфолі, одержувані вливанням спиртових розчинів цих речовин у воду.

Конденсація пари.Це також метод отримання золів фізичною конденсацією. При пропусканні парів будь-якої простої речовини в рідину в результаті конденсації можуть утворитися стійкі золі. Сюди відносяться електричні методи отримання дисперсій металів, що розпорошуються під водою або в органічній рідині у вольтовій дузі (метод Бредіга) та в іскровому високочастотному розряді (метод Сведберга). Стабілізаторами для пари дисперсій, що утворюються при конденсації, служать оксиди цих же металів, що є побічними продуктами процесу розпилення. Оксиди адсорбуються на частинках металу і створюють захисний шар.

У природі при конденсації водяної пари в атмосфері утворюються туман і хмари.

С. З. Рогінським і А. І. Шальниковим був розроблений ефективний спосіб отримання золів з так званих молекулярних пучків. Сутність методу полягає в тому, що спільно випаровують у вакуумі речовину, що диспергується, і розчинник. Змішані пари конденсуються і заморожуються на охолодженій поверхні. Потім суміш розморожують і збирають у посудину. Таким шляхом було отримано важкодоступні золі багатьох речовин. Метод забезпечує високу чистоту одержуваних золів.

Отримання колоїдних систем методами диспергування

Диспергуванням називають тонке подрібнення твердих матеріалів або рідин і розподіл їх частинок в рідкому або газоподібному середовищі, в результаті чого утворюються дисперсні системи: порошки, суспензії, емульсії, аерозолі.

Методи подрібнення великих утворень до колоїдного стану поділяються на механічні, фізичні та фізико-хімічні.

Механічне диспергування.Це один з основних шляхів утворення колоїдних систем у природі: при обвалах, вивітрюванні, ерозії грунтів і т. д. Штучне механічне диспергування здійснюють за допомогою різних способівподрібнення. Такий процес включає грубе, середнє та дрібне дроблення. В основу дії машин-подрібнювачів покладено принципи роздавлювання, розколювання, стирання, удару та ін. Властивість матеріалу протистояти руйнуванню називають міцністю. У процесі подрібнення тверде тіло відчуває деформації пружні та пластичні. Пружні (оборотні) деформації після зняття навантаження практично повністю зникають. При пластичних (незворотних) деформаціях припинення зовнішнього впливу не призводить до відновлення форми та розмірів твердого тіла. Міцність матеріалу порушується, форма його змінюється.

Згідно з уявленнями П. А. Ребіндера, на подрібнення матеріалу витрачається енергія, рівна сумі роботи деформації твердого тіла і роботи утворення нових поверхонь:

W= W деф+ W n = kV+ у?S,

де W - Повна робота подрібнення; k - Коефіцієнт пропорційності, рівний роботі деформування одиниці об'єму подрібнюваного тіла; V - Об'єм тіла; у - поверхневий натяг (енергія утворення одиниці поверхні); ?S - нова поверхня, що утворюється при руйнуванні тіла.

З формули слід, що робота подрібнення збільшується пропорційно як обсягу подрібнюваного матеріалу, так і величині утворюється нової поверхні. Це означає, що зі зменшенням кінцевого розміру частинок витрата енергії різко зростає. Для зниження витрат енергії на подрібнення та досягнення вищої дисперсності матеріалу в процесах подрібнення використовують ефект Ребіндера - зниження твердості за рахунок добавок сторонніх речовин, званих понизителями твердості. Як понизителів твердості можуть виступати багато електролітів - солі і луги, поверхнево-активні речовини (лужні розчини мила, сульфолігнінові та сульфонафтенові кислоти, дубильні екстракти).

Явище зниження твердості давно використовувалося на практиці, наприклад при розтиранні у ступці твердих речовин (сірки, оксиду заліза, сульфідів металів) у присутності деяких індиферентних сполук: цукру, сечовини тощо. Роботами Ребіндера був розкритий механізм цього явища що речовини, що додаються, адсорбуються в місцях дефектів кристалічної решітки твердих тіл, наприклад в мікротріщинах. Адсорбція речовин-добавок, з одного боку, спричиняє зниження поверхневої енергії, чим полегшується диспергування, а з іншого боку, призводить до виникнення сил взаємного електростатичного відштовхування адсорбційних шарів, розташованих на протилежних стінках мікротріщин. У результаті виникає ефект, що розклинює, що посилює руйнівний вплив. Внаслідок такого ефекту значно знижуються зовнішні енергетичні витрати на процес подрібнення. Позитивна роль добавок полягає і в тому, що їх адсорбційні шари перешкоджають злипання частинок, що знову утворилися. Мокрий помел (там, де він можливий) завжди ефективніший, ніж сухий. Подрібнення матеріалів ведуть за допомогою таких механізмів, як машини для попереджувального дроблення і машини для остаточного (тонкого) помелу. Для попереднього подрібнення використовують механізми різної конструкціїизрезывающего, распи-ливающего чи розколюючого впливу. Вибір способу дроблення залежить від фізичного стану вихідних матеріалів. Крихкі матеріали легко розколюються при ударі, для пластичних, в'язких об'єктів потрібно одночасне вплив удару і стирання і т. д.

У фармацевтичному виробництві, де подрібненню піддаються головним чином рослинні сировинні матеріали, використовують траво-і коренерізки, машини з дисковими пилками. Після ряду стадій дроблення одержують порошки з розміром частинок біля 10-4 м.

Остаточне подрібнення - порошкування (тонкий помел) ~-- здійснюють за допомогою млинів різної конструкції: вальцьових, дискових, молоткових, різних дезінтеграторів, струминних подрібнювачів. Для розмелювання багатьох матеріалів ефективні кульові млини, в яких поєднується ударна та стиральна дія.

Тонкий і надтонкий помел проводять у вібромлинах, колоїдних млинах і т. п. Ці механізми застосовують також для диспергування твердих матеріалів і рідин в рідкому середовищі при отриманні суспензій та емульсій.

Колоїдний млин вперше був сконструйований російським інженером К. Плауссоном (1920).

Конструкції колоїдних та інших млинів засновані на системі зі статора та ротора, що обертається із частотою до 20 тис. об/хв. Поверхні статора і ротора, звернені один до одного, забезпечуються різними ударними елементами - білами, виступами, прорізами. В інших моделях між статором і ротором робиться дуже вузький зазор, проходячи через який під тиском частинки твердої речовини або рідини відчувають зусилля, що розриває, і диспергуються, утворюючи суспензію або емульсію.

Для підвищення дисперсності емульсій застосовують спеціальні апарати – гомогенізатори. Дія гомогенізаторів заснована на продавлюванні емульсій під високим тиском через вузькі канали та щілини.

Ультразвукове диспергування є прикладом використання. фізичних методівподрібнення. Ультразвукові хвилі з частотою від 20 тис. до 1 млн. коливань в секунду отримують за допомогою п'єзоелектричного осцилятора. Диспергуюча дія ультразвуку пов'язана з тим, що при проходженні звукової хвилі в рідині відбуваються місцеві стиснення і розтягування, що швидко змінюються, які створюють розривне зусилля і призводять до диспергування зважених частинок. Проте на вирішальній ролі грає явище кавітації; при чергуванні стисків і розріджень у рідині безперервно утворюються і знову спадаються (захлопуються) порожнечі (порожнини). При спаді порожнин місцево розвиваються дуже високий тиск. Це викликає сильні механічні руйнівні зусилля, здатні диспергувати як рідини, а й тверді частки. Таким шляхом отримують високо-дисперсні емульсії та суспензії, у тому числі придатні для внутрішньовенного введення. Крім того, при дії ультразвуку на колоїдні розчини, емульсії, суспензії відбувається їх стерилізація, так як кавітація викликає руйнування тіл мікроорганізмів та їх суперечка.

Хоча методи диспергування дедалі більше вдосконалюються, порівняння їх із конденсаційними методами отримання дисперсних систем показує, що з досягнення максимальної дисперсности 1 * 10~ 7 --1 * 10~ 9 м придатні лише методи конденсації. Крім того, що при методах конденсації виходять більш високодисперсні системи, ніж у разі диспергування, конденсаційні методи практично не вимагають енергетичних витрат. Однак диспергаційні методи мають більш важливе практичне значення.

Фізико-хімічне диспергування або пептизація. Свіжий (пухкий) осад переводять у сіль шляхом обробки пептизаторами: розчином електроліту, розчином поверхнево-активної речовини або розчинником. Під поняттям «свіжий» осад розуміється осад пухкої структури, між частинками якого є прошарки дисперсійного середовища незалежно від тривалості існування осаду. Опади, що злежалися, зі злиплими частинками не піддаються диспергуванню шляхом пептизації. Фактично пептизація - це диспергування, а дезагрегація наявних частинок. Розрізняють три способи пептизації: 1) адсорбційна пептизація; 2) дисолюційна (або хімічна) пептизація; 3) промивання осаду розчинником (дисперсійним середовищем).

Вибір способу пептизації визначається умовами одержання та властивостями осаду. Результатом пептизації у всіх випадках має бути роз'єднання частинок та розподіл їх по всьому обсягу дисперсійного середовища. Уявімо, що осад важкорозчинної сполуки гексаціано(П)феррату заліза(III) (берлінської лазурі) отримано в ході хімічної реакції при стехіометричному співвідношенні реагентів

K 4 +FeCl 3 = KFe +3KC1

В результаті реакції утворюється пухкий осад берлінської блакиті KFe, на частках якого відсутній подвійний електричний шар, так як в системі немає іонів, здатних до виборчої адсорбції на частинках осаду та утворення ДЕС. Для того щоб відбулася пептизація, необхідно створити на поверхні частинок осаду електростатичні сили відштовхування, які змусили б частинки віддалитися один від одного і рівномірно розподілитися по всьому об'єму розчину, тобто утворити золь. Це можливо здійснити шляхом адсорбційної пептизації, тобто обробкою осаду розчином електроліту, у складі якого є іон-пептизатор, здатний до вибіркової адсорбції (відповідно до правила Панета-Фаянса). Як електроліт, що має іон-пептизатор, можна взяти розчин FeCl-з або K4. У розчині FeCl 3 іоном-пептизатором є іон Fe 3 + у розчині K4Fe(CN) 6 іон 4 . Кожен із цих іонів може адсорбуватися на кристалах KFe, добудовуючи їх кристалічну решітку і утворюючи шар потенціал-утворюючих іонів. У цьому адсорбція іонів заліза надає всім часткам осаду позитивний заряд, а адсорбція іонів негативний заряд. Але і в тому, і в іншому випадку утворюється золь. Будівлю міцели золю можна зобразити схемами:

1. При пептизації розчином FeCI 3 утворюється золь КFе зеленого кольору з позитивно зарядженими частинками

2. При пептизації розчином K 4 утворюється золь KFe темно-синього кольору з негативно зарядженими частинками

Дисолюційна, або хімічна, пептизація застосовується також до опадів, що не мають ДЕС на своїх частках, в тих випадках, коли електроліт-пептизатор відсутня в готовому вигляді. В цьому випадку осад на фільтрі обробляють невеликою порцією реагенту, що розчиняє поверхневий шар зерен осаду, в результаті утворюється деяка кількість електроліту, необхідного для пептизації решти осаду. Наприклад, осад Fe(OH) 3 може бути отриманий при стехіометричному співвідношенні реагентів по реакції

Пептизації шляхом промивання розчинником піддають осади, які були отримані в присутності значного надлишку одного з реагентів. В цьому випадку на частинках осаду є подвійний електричний шар, але він сильно стислий за рахунок високої концентрації електроліту. За такого стану ДЕС кулонівські сили відштовхування між частинками осаду не виявляються. Для відновлення сил електростатичного відштовхування частинок та нормальної структури ДЕС необхідно знизити концентрацію електроліту в осаді. З цією метою осад на фільтрі промивають чистим розчинником або дисперсійним середовищем. Зайвий надлишок електроліту вимивається, і через фільтр починає проходити стійкий золь.

Заряди (3x - f~) колоїдних частинок створюють сили відштовхування між ними і сприяють переходу осаду в колоїдний розчин. В. Оствальд, вивчаючи процес пептизації, вивів емпірично низку закономірностей, які названі правилом опадів Оствальда.Він встановив, що для пептизації певної маси осаду потрібна цілком певна оптимальна концентрація з / елект.ролита-пептизатора. Графічно це виражається кривою залежності частки пептизованого осаду Q від концентрації стабілізатора, яка проходить через максимум, що відповідає оптимальному співвідношенню між масою взятого осаду і концентрацією електроліту.

При перевищенні цієї концентрації електроліту процес пептизації зміщується у бік зворотного процесу - коагуляції чи агрегації частинок, оскільки надлишок електроліту стискає ДЕС на частках осаду і погіршує умови дезагрегації. Слід зазначити, що й пептизатором служить ПАР, то йому немає таке критичне значенняконцентрації та підвищення вмісту ПАР не шкодить пептизації.

З іншого боку, при постійній концентрації електроліту частка пептизованого осаду підвищується до максимальної величини при певному співвідношенні маси гп"взятого осаду та концентрації електроліту. Надмірне збільшення маси осаду, внесеного до розчину електроліту, погіршує умови пептизації, внаслідок чого величина Q зменшується. Це можна пояснити тим, що наявного електроліту недостатньо створення ефективного ДЕС на частках осаду, взятого надлишку.

Методи очищення колоїдних розчинів

При отриманні колоїдних розчинів тим чи іншим методом, особливо за допомогою хімічних реакцій практично неможливо точно передбачити необхідне кількісне співвідношення реагентів. З цієї причини в золях, що утворилися, може бути надмірний надлишок електролітів, що знижує стійкість колоїдних розчинів. Для отримання високостійких систем та вивчення їх властивостей золі піддають очищенню як від електролітів, так і від інших низькомолекулярних домішок.

Очищення колоїдних розчинів можна проводити методом діалізу, або ультрафільтрацією.

Діалізполягає у вилученні із золів низькомолекулярних речовин чистим розчинником за допомогою напівпроникної перегородки (мембрани), через яку не проходять колоїдні частинки. Періодично або безперервно змінюючи розчинник у приладі для діалізу - діалізаторі, можна практично повністю видалити з колоїдного розчину домішки електролітів і низькомолекулярних неелектролітів.

Недоліком методу є тривалість процесу очищення (тижня, місяці).

Електродіаліз- Це процес діалізу, прискорений шляхом застосування електричного струму. Прилад для його здійснення називають електродіалізатором. Найпростіший електродіалі-затор є посудиною, розділеною двома мембранами на три камери. У середню камеру наливають колоїдний розчин, що підлягає очищенню. У бічні камери поміщають електроди від джерела постійного струму і забезпечують підведення та відведення розчинника (води). Під впливом електричного поля відбувається перенесення катіонів із середньої камери в катодну камеру, аніонів - в анодну. Розчин у середній камері може бути протягом короткого часу (хвилини, годинник) очищений від розчинених солей.

Компенсаційний діалізі вивідіаліз- Методи, розроблені для дослідження біологічних рідин, що являють собою колоїдні системи. Принцип методу компенсаційного діалізу полягає в тому, що в діалізаторі замість чистого розчинника використовують розчини визначених низькомолекулярних речовин різної концентрації. Наприклад, для визначення не пов'язаного з білками, тобто вільного цукру в сироватці крові проводять її діаліз проти ізотонічного сольового розчину, що містить різні концентрації цукру. У тому розчині,

До цього методу близький метод вивідіалізу (вивидифузії) для прижиттєвого визначення в крові низькомолекулярних складових частин. Для проведення аналізу в кінці перерізаної кровоносної судини вставляють скляні канюлі, розгалужені частини яких з'єднані між собою трубками з напівпроникного матеріалу, і всю систему поміщають у посудину, що заповнюється фізіологічним розчином солі або водою. Таким шляхом було знайдено, що в крові, крім вільної глюкози, знаходяться вільні амінокислоти.

Принцип компенсаційного вівідіалізу був використаний під час створення апарату, названого «штучною ниркою». За допомогою «штучної нирки» можна очищати кров від продуктів обміну речовин, тимчасово замінюючи функцію хворої нирки за таких показань, як гостра ниркова недостатність внаслідок отруєнь, при тяжких опіках тощо.

Ультрафільтрація- фільтрування колоїдного розчину через напівпроникну мембрану, що пропускає дисперсійне середовище з низькомолекулярними домішками і затримує частинки дисперсної фази або макромолекули. Для прискорення процесу ультрафільтрації її проводять при перепаді тиску по обидві сторони мембрани: під розрідженням (вакуумом) або під підвищеним тиском. Вакуум створюють відкачуванням повітря з розташованої під фільтром судини, підвищений тиск- нагнітання повітря в посудину, розташований над фільтром. Для запобігання розриву мембрани її поміщають на тверду пористу пластинку. Ультрафільтрація дозволяє швидше відокремити від колоїдного розчину електроліти та інші домішки (низькомолекулярні органічні сполуки), ніж це відбувається при діалізі. При ультрафільтрації досягають високого ступеня очищення золю, періодично розбавляючи останній водою. На кінцевій стадії шляхом відсмоктування дисперсійної середовища можна сконцентрувати колоїдний розчин. Ультрафільтрація може застосовуватися у поєднанні з електродіалізом (електроультрафільтрація), завдяки чому значно прискорюється видалення солей з колоїдного розчину.

Оскільки пори звичайного фільтрувального паперу легко пропускають колоїдні частинки, при ультрафільтрації в якості мембрани застосовують спеціальні фільтри (целофан, пергамент, азбест, керамічні фільтри тощо). Застосування мембрани з певним розміром пор дозволяє розділити колоїдні частки на фракції за розмірами і орієнтовно визначити ці розміри. Так було знайдено розміри деяких вірусів та бактеріофагів. Все це говорить про те, що ультрафільтрація є не тільки методом очищення колоїдних розчинів, але може бути використана для цілей дисперсійного аналізу та препаративного поділу дисперсних систем.

Деякі властивості мембран для діалізу та ультрафільтрації

Пористі напівпроникні мембрани, що застосовуються для діалізу, електродіалізу, ультрафільтрації та осмометрії, як правило, не є інертними чисто механічними «ситами» для розчинених або зважених частинок. Роль мембран значно складніша і визначається низкою їх властивостей. Так, проникність мембрани може бути обумовлена ​​не стільки наявністю в ній пір і капілярів, скільки розчиненням переносимих через неї речовин у самій речовині мембрани. Такий механізм проникності називають фазовимабо гомогенним.Особливо сильно цей механізм проникності проявляється в тонкопористих матеріалах, що повільно фільтрують.

Ще однією властивістю мембран є їх здатність заряджатися при контакті з рідинами. Заряд мембрани виникає тими самими шляхами, як і заряд будь-якої твердої поверхні: або внаслідок дисоціації речовини мембрани, або з допомогою адсорбції іонів з розчину. Залежно від природи матеріалу мембрана може мати позитивний або негативний заряд. Негативно заряджувані мембрани поширені значно більше, ніж позитивно заряджаються. До речовин, що утворюють негативно заряджені мембрани, відносяться целюлоза, пергамент, керамічні матеріали, азбест. Позитивно заряджені мембрани можна отримати з дубленого желатину, шкіри, спеціально обробленого паперу. Слід пам'ятати, що заряд білкових мембран залежить від рН середовища: при концентрації іонів Н + більшої, ніж у изоэлектрической точці білка, мембрана заряджена позитивно, серед лужної -- негативно. Заряд мембран істотно впливає швидкість дифузії іонів через них. Мембрани, позитивно заряджені добре проникні для аніонів і мало проникні для катіонів; і, навпаки, мембра-ни, що мають негативний заряд, краще проникні для катіонів. Тому доцільно використовувати мембрани з різних матеріалівдля катодної і анодної камер електродіалізатора: катодну мембрану слід робити з матеріалів, що негативно заряджаються, анодну - з позитивно заряджаються матеріалів. У таких мембранах змінюються числа перенесення іонів, тому називають електрохімічно активними. Електрохімічної активністю мають тканини живих організмів, що є, по суті, напівпроникними мембранами. На цій властивості тканин заснований такий метод лікування, як іонофорез – введення лікарських речовин в організм хворого через шкіру. Мембрани, які впливають числа перенесення іонів, називають електрохімічно неактивними. У виробничих умовах вони мають найширше застосування.

Список літератури:

Лайтінен Г. А., Харріс В. Є. Хімічний аналіз. - М.: Хімія, 1979.

Петері Д., Хайєс Дж., Хіфтье Г. Хімічний поділ і вимір-ня. Теорія та практика аналітичної хімії. - М.: Хімія, 1978. Т. 1, 2.

Васильєв В. П. Термодинамічні властивості розчинів електролітів. - М.: Вища школа, 1982.

Подібні документи

Класифікація дисперсних систем Основні фактори стійкості колоїдних розчинів. Методи їх отримання (диспергування, конденсація) та очищення (діаліз, ультрафільтрація). Міцелярна теорія будови колоїдних частинок. Коагуляція сумішами електролітів.

презентація , доданий 28.11.2013


Колоїдна хімія як наука, що вивчає фізико-хімічні властивості гетерогенних, високодисперсних систем та високомолекулярних сполук. Виробництво та методи очищення колоїдних розчинів. Застосування гелів у харчовій промисловості, косметиці та медицині.

презентація , доданий 26.01.2015


Сутність та визначальні ознаки колоїдних систем. Основні властивості та будова розчинів такого типу. Характеристика ефекту Тіндаля. Відмінності гідрозолів та органозолів. Способи утворення колоїдних систем, специфічні властивості, сфера застосування.

презентація , доданий 22.05.2014


Способи одержання колоїдних систем; фактори, що впливають на швидкість окремих стадій процесу, правила коагуляції. Астабілізуюча дія низькомолекулярних домішок у колоїдних розчинах, методи їх видалення: діаліз, електродіаліз та ультрафільтрація.

презентація , доданий 17.09.2013


Особливості одержання колоїдних систем. Теоретичний аналіз процесів формування кварцового скла золь-гель методом. Отримання золь-колоїдних систем за "гібридним" методом. Характеристика властивостей квантового скла, активованих іонами європію.

курсова робота , доданий 14.02.2010


Перші практичні відомості про колоїди. Властивості гетерогенних сумішей. Співвідношення між поверхнею колоїдної частинки та обсягом колоїдної частинки. Своєрідність дисперсних систем. Особливості колоїдних розчинів. Класифікація дисперсних систем

презентація , доданий 17.08.2015


Колоїдні розчини (золі), як високодисперсні колоїдні системи рідкого або газоподібного дисперсійного середовища. Гелі чи колодці. Будова та властивості колоїдних міцел. Ефект Тіндаля. Процес коагуляції. Параметри стійкості колоїдних розчинів.

презентація , доданий 15.09.2013


Взаємодія подвійних електричних шарів та колоїдних систем. Рівняння Пуассона-Бол'цмана. Контактна теорема та осмотичний тиск. Додавання солі та "наближення слабкого перекривання". Ван дер Ваальсові взаємодії та константа Гамакера.

контрольна робота , доданий 06.09.2009


Одержання ліофобних колоїдних систем, її оптичні властивості. Визначення поверхневого натягу розчинів ПАР і міжфазного натягу на межі двох рідин, що не змішуються, сталагмометричним методом. Колоїдний захист золів розчинами ВМС.

реферат, доданий 15.02.2016


Дослідження методів електромембранної технології: електродіалізу та електролізу. Аналіз звільнення колоїдних розчинів від розчинених у них низькомолекулярних сполук за допомогою напівпроникної мембрани. Огляд морфології та класифікації мембран.

Застосовують, в основному, 2 методи:

1. Дисперсійний метод -використовують дроблення твердої речовини до частинок, розміром, що відповідають колоїдам. Подрібнення виробляють:

• механічноза допомогою кульових млинів, гомогенізаторів або ультразвукових дезінтеграторів;
• за допомогою фізико-хімічних способів, таких як пептизація, додавання поверхнево-активних речовин.

1. Конденсаційний метод- укрупнення частинок шляхом агрегації молекул або іонів, до розмірів, що відповідають колоїдам. Це можна реалізувати такими способами:

• випаровування розчинника;
• заміна розчинника;
• здійснення реакцій, у яких утворюються малорозчинні чи нерозчинні речовини – , розкладання, гідролізу та інших.

Способи очищення колоїдних систем

Колоїдні розчини можуть містити домішки, що знижують їхню стабільність, внаслідок чого роблять їх очищення. Для цього використовують такі методи, як діаліз, електродіаліз, фільтрація та ультрафільтрація.

Колоїдний розчин наливають у посудину, в нижній частині якого знаходиться мембрана та поміщений у ємність із водою. У розчинник проникають лише іони та молекули низькомолекулярних домішок.

Процес діалізу протікає повільно й у його прискорення використовують електричне полі.

Категорії

Загальні уявлення про дисперсні системи

Хімічна взаємодія в гомогенних реакцій відбувається при ефективних зіткненнях активних частинок, а в гетерогенних - на поверхні розділу фаз при контакті реагуючих речовин, причому швидкість і механізм реакції залежать від площі поверхні, яка тим більше, чим сильніше розвинена поверхня. З цього погляду особливий інтерес становлять дисперсні системи, що мають високу питому поверхню.

Дисперсна система - це суміш, що складається як мінімум з двох речовин, які не реагують один з одним хімічно і мають практично повну взаємну нерозчинність. Дисперсна система - це система, у якій дуже подрібнені частинки однієї речовини рівномірно розподілені обсягом іншого.

Розглядаючи дисперсні системи, розрізняють два поняття: дисперсна фаза та дисперсійне середовище (рис. 10.1).

Дисперсна фаза – це сукупність частинок диспергованого до дрібних розмірів речовини, рівномірно розподілених обсягом іншої речовини. Ознаками дисперсної фази є роздробленість та уривчастість.

Дисперсійне середовище- Це речовина, в якій рівномірно розподілені частинки дисперсної фази. Ознакою дисперсійного середовища є її безперервність.

Дисперсну фазу можна відокремити від дисперсійного середовища фізичним способом (центрифугуванням, сепаруванням, відстоюванням тощо).

Рисунок 10.1 – Дисперсна система: частинки дисперсної фази s (у вигляді дрібних твердих частинок, кристаликів, крапель рідини, бульбашок газу, асоціатів молекул або іонів), що володіють адсорбційним шаром d, розподілені в однорідному безперервному дисперсійному середовищі f.

Дисперсні системи класифікують за різними відмітними ознаками: дисперсності, агрегатного стану дисперсної фази та дисперсійного середовища, інтенсивності взаємодії між ними, відсутності чи утворенню структур у дисперсних системах.

Класифікація за ступенем дисперсності

Залежно від розмірів частинок дисперсної фази, всі дисперсні системи умовно поділяються на три групи (рис. 10.2).

Рисунок 10.2 – Класифікація дисперсних систем за розміром частинок (для порівняння наведено розміри частинок у дійсних розчинах)

1. Грубодисперсні системи , у яких розмір часток більше 1мкм (10 –5 м). Для цієї групи дисперсних систем характерні такі ознаки: частинки дисперсної фази осідають (або спливають) у полі гравітаційних сил, не проходять крізь паперові фільтри; їх можна розглянути у звичайному мікроскопі. До грубодисперсних систем відносяться суспензії, емульсії, пил, піна, аерозолі тощо.

Суспензія – це дисперсна система, в якій дисперснафазою є тверда речовина, А дисперсійним середовищем – рідина.

Прикладом суспензії може бути система, що утворюється при збовтуванні глини або крейди у воді, фарбах, пастах.

Емульсія - це дисперсна система, у якій рідка дисперсна фаза рівномірно розподілена обсягом рідкої дисперсійної середовища, тобто. емульсія складається з двох взаємно нерозчинних рідин.

Як приклад емульсій можна назвати молоко (у ньому дисперсною фазою виступають краплі рідкого жиру, а дисперсійним середовищем – вода), вершки, майонез, маргарин, морозиво.

При відстоюванні суспензії та емульсії поділяються (розшаровуються) на складові: дисперсну фазу та дисперсійне середовище. Так, якщо енергійно збовтати бензол з водою, то утворюється емульсія, яка згодом поділяється на два шари: верхній бензольний і нижній водний. Для запобігання розшаровування емульсій до них додають емульгатори- Речовини, що надають емульсіям агрегатну стабільність.

Піна – пориста грубодисперсна система, в якій дисперсною фазою є сукупність бульбашок газу (або пари), а дисперсійним середовищем – рідина.

У пінах загальний обсяг газу, що знаходиться в бульбашках, може в сотні разів перевищувати об'єм рідкого дисперсійного середовища, укладеного в прошарках між бульбашками газу.

2. Мікрогетерогенні (аботонкодисперсні ) проміжні системи, в яких розмір часток коливається в межах 10 – 5 –10 –7 м. До них відносяться тонкі суспензії, дими, пористі тверді тіла.

3. Ультрамікрогетерогенні (абоколоїдно-дисперсні ) системи, в яких частинки розміром 1-100 нм (10–9 –10 –7 м) складаються з 10 3_ 10 9 атомів та відокремлені від розчинника поверхнею розділу. Колоїдні розчини характеризуються гранично-високодисперсним станом, їх зазвичай називаютьзолі , або часто ліозоліЩоб підкреслити, що дисперсійним середовищем є рідина. Якщо як дисперсійне середовище взята вода, то такі золі називаютьгідрозолями, а якщо органічна рідина -органозолями.

Для більшості тонкодисперсних систем властиві певні особливості:

невисока швидкість дифузії;

частинки дисперсної фази (тобто колоїдні частинки) можна розглянути лише за допомогою ультрамікроскопа або електронного мікроскопа;

розсіювання світла колоїдними частинками, внаслідок чого в ультрамікроскопі вони набувають вигляду світлових плям – ефект Тіндаля (рис. 10.3);

Малюнок 10.3 – Ультрамікрогетерогенна (тонкодисперсна) система: а) колоїдний розчин; б) схема відхилення вузького променя світла під час проходження через колоїдний розчин; в) розсіювання світла колоїдним розчином (ефект Тіндаля)

• на поверхні розділу фаз у присутності стабілізаторів (іонів електролітів) утворюється іонний шар або сольватна оболонка, що сприяють існуванню частинок суспендованому вигляді;
• дисперсна фаза є або зовсім нерозчинною, або трохи розчинною в дисперсійному середовищі.

Як приклади колоїдних частинок можна навести крохмаль, білки, полімери, каучук, мила, Алюміній та Ферум (III) гідроксиди.

Класифікація дисперсних систем співвідношенню агрегатних станів дисперсної фази та дисперсійного середовища

Ця класифікація запропонована Оставльдом (табл. 10.1). При схематичному записі агрегатного стану дисперсних систем першим вказують літерами Г (газ), Ж (рідина) або Т (твердий) агрегатний стан дисперсної фази, а потім ставлять тире (або знак дробу) і записують агрегатний стан дисперсійного середовища.

Таблиця 10.1 - Класифікація дисперсних систем

Класифікація дисперсних систем з інтенсивності молекулярної взаємодії

Ця класифікація запропонована Г. Фрейндліхом і застосовується виключно для систем з рідким дисперсійним середовищем.

1. Ліофільні системи , В яких дисперсна фаза взаємодіє з дисперсійним середовищем і за певних умов здатна в ній розчинятися - це розчини колоїдних поверхнево-активних речовин (ПАР), розчини високомолекулярних сполук (ВМС). Серед різноманітних ліофільних систем найбільш важливі у практичному відношенні ПАР, які можуть бути як у молекулярно-розчиненому стані, так і у вигляді агрегатів (міцел), що складаються з десятків, сотень і більше молекул.
2. Ліофобні системи , В яких дисперсна фаза не здатна взаємодіяти з дисперсійним середовищем і розчинятися в ній. У ліофобних системах взаємодія між молекулами різних фаз значно слабша, ніж у разі ліофільних систем; міжфазний поверхневий натяг велике, внаслідок чого система виявляє тенденцію до мимовільного укрупнення частинок дисперсної фази.

Класифікація дисперсних систем за фізичним станом

Автор класифікації П.Ребіндером. За цією класифікацією дисперсна система позначається дробом, у якому дисперсна фаза ставиться в чисельнику, а дисперсійне середовище – у знаменнику. Наприклад: Т 1 /Ж 2 позначає дисперсну систему з твердою фазою (індекс 1) та рідким дисперсійним середовищем (індекс 2). Класифікація по Ребіндеру ділить дисперсні системи на два класи:

1. Вільнодисперсні системи - золі, в яких дисперсна фаза не утворює суцільних жорстких структур (сіток, ферм або каркасів), має плинність, а частинки дисперсної фази не контактує один з одним, беручи участь у безладному тепловому русі і вільно переміщаючись під дією сили тяжіння. До них відносяться аерозолі, ліозолі, розбавлені суспензії та емульсії.

Приклади вільнодисперсних систем:

• Дисперсні системи в газах з колоїдною дисперсністю (Т1/Г2 – пил у верхніх шарах атмосфери, аерозолі), з грубою дисперсністю (Т1/Г2 – дими та Ж1/Г2 – тумани);
• Дисперсні системи в рідинах з колоїдною дисперсністю (Т 1 /Ж 2 - ліозолі, дисперсні барвники у воді, латекси синтетичних полімерів), з грубою дисперсністю (Т 1 /Ж 2 - суспензії; Ж 1 /Ж 2 - рідкі емульсії; Г 1 / Ж 2 - газові емульсії);
• Дисперсні системи у твердих тілах: Т 1 /Т 2 – тверді золі, наприклад, золь жовтого металу у склі, пігментовані волокна, наповнені полімери.

2. Зв'язнодисперсні (або суцільні) системи . У суцільних (зв'язково-дисперсних) системах частинки дисперсної фази утворюють жорсткі просторові структури. Такі системи чинять опір деформації зсуву. Зв'язнодисперсні системи твердоподібні; вони виникають при контакті частинок дисперсної фази, що призводить до утворення структури у вигляді каркаса або сітки, що обмежує плинність дисперсної системи і здатність зберігати форму. Подібні структуровані колоїдні системи називають гелями.

Приклади складнодисперсних систем:

• Дисперсні системи з рідкою поверхнею розділу фаз (Г 1 /Ж 2 - піни; Ж1 / Ж 2 - піноподібні емульсії);
• Дисперсні системи з твердою поверхнею розділу фаз (Г1/Т2 – пористі тіла, натуральні волокна, пемза, губка, деревне вугілля; Ж1/Т2 – волога в граніті; Т1/Т2 – взаємопроникні сітки полімерів).

Отримання та очищення колоїдних розчинів

Одержання колоїдних розчинів

Колоїдні розчини можуть бути отриманідиспергаційнимиабо до онденсаційнимиметодами.

1. Диспергаційні методи- це способи одержання ліофобних золів шляхом дроблення великих шматків до агрегатів колоїдних розмірів.

Механічнедроблення грубодисперсних систем здійснюється шляхом: роздроблення, удару, стирання, розщеплення. Подрібнення частинок до розмірів у кілька десятків мікронів здійснюється за допомогою кульових млинів.Дуже тонке роздроблення (до 0,1-1 мікрона) досягається на спеціальнихколоїдних млинахз вузьким зазором між ротором, що швидко обертається (10-20 тис.об/хв) і нерухомим корпусом, причому частинки розриваються або стираються в зазорі.Роботами П. А. Ребіндера встановлено явище зниження опору твердих тіл пружним та пластичним деформаціям, а також механічному руйнуванню під впливом адсорбції поверхнево-активних речовин. Поверхнево-активні речовини полегшують диспергування та сприяють значному підвищенню ступеня дисперсності.

2. Конденсаційні методи- це способи отримання колоїдних розчинів шляхом поєднання (конденсації) молекул та іонів в агрегати колоїдних розмірів. Система з гомогенної перетворюється на гетерогенну, тобто виникає нова фаза (дисперсна фаза). Обов'язковою умовою є пересиченістьвихідної системи.

Конденсаційні методи класифікують за природою сил, що викликають конденсацію, на фізичну конденсацію та хімічну конденсацію.

Фізична конденсаціяможе здійснюватися з пар або шляхом заміни розчинника.

Конденсація із пари.Початкова речовина знаходиться в парі. При зниженні температури пара стає пересиченою і частково конденсується, утворюючи дисперсну фазу. Таким шляхом отримують гідрозолі ртуті та деяких інших металів.

Метод заміни розчинника.Метод заснований на зміні складу та властивостей дисперсійного середовища. Наприклад, спиртовий розчин сірки, фосфору або каніфолі влити у воду, внаслідок зниження розчинності речовини в новому розчиннику розчин стає пересиченим і частина речовини конденсується, утворюючи частинки дисперсної фази.

Хімічна конденсаціяполягає в тому, що речовина, що утворює дисперсну фазу, виходить у результаті хімічної реакції. Щоб у ході реакції утворився колоїдний розчин, а не істинний розчин або осад, необхідно дотримання принаймні трьох умов:

1. речовина дисперсної фази нерозчинна в дисперсійному середовищі;
2. швидкість утворення зародків кристалів дисперсної фази набагато більша, ніж швидкість росту кристалів; ця умова виконується зазвичай тоді, коли концентрований розчин одного компонента вливається у сильно розведений розчин іншого компонента при інтенсивному перемішуванні;
3. одна з вихідних речовин взята в надлишку, саме вона є стабілізатором.

Методи очищення колоїдних розчинів.

Отримані у той чи інший спосіб колоїдні розчини зазвичай очищають від низькомолекулярних домішок (молекул та іонів). Видалення цих домішок здійснюється методами діалізу (електродіаліз), ультрафільтрації.

Діаліз– метод очищення за допомогою напівпроникної мембрани, яка відокремлює колоїдний розчин від чистого дисперсійного середовища. Як напівпроникну (тобто проникну для молекул та іонів, але непроникну для частинок дисперсної фази) мембрани застосовують пергамент, целофан, колодій, керамічні фільтри та інші тонкопористі матеріали. Внаслідок дифузії низькомолекулярні домішки переходять у зовнішній розчин.

Ультрафільтрацієюназивається діаліз, що проводиться під тиском у внутрішній камері. Фактично, ультрафільтрація не методом очищення золів, лише методом їх концентрування.

Оптичні властивості колоїдних розчинів

При падінні світла на дисперсну систему можуть спостерігатися такі явища:

• проходження світла через систему;
• заломлення світла частинками дисперсної фази (якщо ці частинки є прозорими);
• відображення світла частинками дисперсної фази (якщо частки непрозорі);
• розсіювання світла;
• абсорбція (поглинання) світла дисперсною фазою.

Розсіювання світла спостерігається для систем, в яких частинки дисперсної фази менші, або можна порівняти з довжиною хвилі падаючого світла. Нагадаємо, що розміри частинок дисперсної фази в колоїдних розчинах - 10 -7 -10 -9 м. Отже, світлорозсіювання є характерним явищем для колоїдних систем, що вивчаються нами.

Теорію світлорозсіювання створив Релей. Він вивів рівняння, яке пов'язує інтенсивність розсіяного світла I з інтенсивністю падаючого світла I 0 . справедливе за умови, що:

• частинки мають сферичну форму;
• частки не проводять електричний струм(тобто є неметалевими);
• частинки не поглинають світло, тобто є безбарвними;
• колоїдний розчин є розведеним у такій мірі, що відстань між частинками більша за довжину хвилі падаючого світла.

Рівняння Релея:

• де V - Об'єм однієї частинки,
• λ - довжина хвилі;
• n 1 - Показник заломлення частки;
• n про - показник заломлення середовища.

З рівняння Релея випливають такі висновки:

1. Інтенсивність розсіяного світла тим більше, чим більше відрізняються показники заломлення частки та середовища (n 1 - п 0 ).
2. Якщо показники заломлення п 1 і n 0 однакові, то світлорозсіювання буде відсутнє і в неоднорідному середовищі.
3. Інтенсивність розсіяного світла тим більше, що більше часткова концентрація v. Масова концентрація c, г/дм 3 якою зазвичай користуються при приготуванні розчинів, пов'язана з частковою концентрацією виразом:

де ρ – щільність частинки.

Слід зазначити, що ця залежність зберігається лише області малих розмірів частинок. Для видимої частини спектра ця умова відповідає значенням 210 -6 см< r < 4 10 -6 см. С увеличением r рост I сповільнюється, а за r > λ, розсіювання замінюється відбитком. Інтенсивність розсіяного світла прямо пропорційна концентрації.

4. Інтенсивність розсіяного світла обернено пропорційна довжині хвилі в четвертому ступені.

Це означає, що при проходженні через колоїдний розчин пучка білого світла переважно розсіюються короткі хвилі – синій та фіолетової частин спектру. Тому безбарвний золь у розсіяному світлі має блакитнувате забарвлення, а в проходить світлі - червонувате. Блакитний колір піднебіння також обумовлений розсіюванням світла найдрібнішими крапельками води в атмосфері. Помаранчевий або червоний колір піднебіння при сході або заході Сонця пояснюється тим, що вранці або ввечері спостерігається, головним чином, світло, що пройшло через атмосферу.

поглинання світла. Рівняння Релея виведено для незабарвлених золів, тобто не поглинають світло. Проте багато колоїдні розчини мають певне забарвлення, тобто. поглинають світло у відповідній області спектру - золь завжди пофарбований у колір, додатковий до поглиненого. Так, поглинаючи синю частину спектра (435-480 нм), золь виявляється жовтою; при поглинанні синювато-зеленої частини (490-500 нм) він набуває червоного забарвлення.Якщо промені всього видимого спектра проходять через прозоре тіло або відбиваються від непрозорого, то прозоре тіло здається безбарвним, а непрозоре – білим. Якщо тіло поглинає випромінювання всього видимого діапазону, воно здається темним.Оптичні властивості колоїдних розчинів, здатних до поглинання світла, можна характеризувати зміни інтенсивності світла при проходженні через систему. Для цього використовують закон Бугера-Ламберта-Бера:

де I 0 - Інтенсивність падаючого світла ; I пр- інтенсивність світла, що пройшов через золь; k - Коефіцієнт поглинання; l- Товщина шару золю; з- Концентрація золю.

Якщо прологарифмувати вираз, отримаємо:

Величину називають оптичною щільністюрозчину . p align="justify"> При роботі з монохроматичним світлом завжди вказують, при якій довжині хвилі була визначена оптична щільність, позначаючи її D λ .

Міцелярна теорія будови колоїдних систем

Розглянемо будову гідрофобної колоїдної частки на прикладі утворення золю AgI обмінною реакцією

АgNO 3 + KI → AgI + KNO 3 .

Якщо речовини беруться в еквівалентних кількостях, випадає кристалічний осад AgI . Але, якщо одна з вихідних речовин буде надлишком, наприклад КI, процес кристалізації AgI веде до утворення колоїдного розчину - міцели AgI.

Схема будови міцели гідрозолю AgI показано на рис.10.4.

Малюнок 10.4 – Схема міцели гідрозолю AgI, що утворилася при надлишку KI

Агрегат молекул [mAgI] кількістю 100-1000 (мікрокристалів) - ядро, є зародком нової фази, на поверхні якого відбувається адсорбція іонів електроліту, що знаходяться в дисперсійному середовищі. Згідно з правилом Панета - Фаянса краще адсорбуються іони, однакові з іонами, які входять до кристалічних ґрат ядра і добудовують цю решітку. Іони, які адсорбуються безпосередньо на ядрі, називаються потенціаловизначальніоскільки вони визначають величину потенціалу і знак заряду поверхні, а також і знак заряду всієї частинки. Потенціаловизначальними іонами в даній системі є іони I - , які перебувають у надлишку, входять до складу кристалічних грат ядра AgI, виконують роль стабілізаторів і складають внутрішню оболонку в жорсткій частині подвійного електричного шару (ДЕС) міцели. Агрегат з адсорбованими на ньому іонами I утворює ядро ​​міцели.

До негативно зарядженої поверхні частинок AgI з відривом, близькому до радіусу гідратованого іона, з розчину притягуються іони протилежного знака ( протиіони ) - позитивно заряджені іони К + . Шар протиіонів - зовнішня оболонка подвійного електричного шару (ДЕС), що утримується як електростатичними силами, так і силами адсорбційного тяжіння. Агрегат молекул разом із твердим подвійним шаром називається колоїдною частинкою-гранула.

Частина протиіонів внаслідок теплового руху розміщується дифузно навколо гранули і пов'язані з нею тільки за рахунок електростатичних сил. Колоїдні частинки разом з дифузним шаром, що оточує її, називається міцелла. Міцелла електронейтральна, так як заряд ядра дорівнює заряду всіх протиіонів, а гранула зазвичай має заряд, який називається електрокінетичний або ξ - дзета - потенціал. У скороченому вигляді схему будови міцели для цього прикладу можна записати в такому вигляді:

Одним із основних положень теорії будови колоїдних частинок є уявлення про будову подвійного електричного шару (ДЕС). Згідно з сучасними уявленнями, подвійний електричний шар ДЕСскладається з адсорбційного та дифузійного шарів. Адсорбційний шар складається з:

• зарядженої поверхні ядра міцели в результаті адсорбції на ній потенціалвизначальних іонів, які визначають величину потенціалу поверхні та його знак;
• шару іонів протилежного знака - протиіонів, які притягуються із розчину до зарядженої поверхні. Адсорбційний шар протиіонівзнаходиться на відстані молекулярного радіусу від зарядженої поверхні. Між цією поверхнею та протиіонами адсорбційного шару існують як електростатичні, так і адсорбційні сили, і тому ці протиіони пов'язані особливо міцно з ядром. Адсорбційний шар дуже щільний, його товщина постійна і не залежить від зміни зовнішніх умов (концентрації електроліту, температури).

Внаслідок теплового руху частина протиіонів проникає вглиб дисперсійного середовища, та їх тяжіння до зарядженої поверхні гранули здійснюється лише за рахунок електростатичних сил. Ці протиіони складають дифузний шар, який менш міцно пов'язаний із поверхнею. Дифузний шар має змінну товщину, яка залежить від концентрації електролітів у дисперсійному середовищі.

При русі твердої та рідкої фаз одна щодо одної виникає розрив ДЕС у дифузній частині і на межі розділу фаз виникає стрибок потенціалу, який називають електрокінетичним ξ - потенціалом(Дета - потенціал). Його величина визначається різницею між загальною кількістю зарядів (φ) потенциалопределяющих іонів та кількістю зарядів протиіонів (ε), що містяться в адсорбційному шарі, тобто. ξ = φ - ε. Падіння міжфазного потенціалу при віддаленні від твердої фази углиб розчину показано на рис.10.5.

Малюнок 10.5 Будова ДЕС

Наявність різниці потенціалів навколо частинок гідрофобного золю перешкоджає їх злипанню при зіткненні, тобто є фактором стійкості агрегатної золя. Якщо кількість дифузних іонів зменшується або прагне нуля, то гранула стає електронейтральною (ізоелектричний стан) і має найменшу стійкість.

Таким чином, величина електрокінетичного потенціалу визначає сили відштовхування, а отже, і агрегатну стійкість колоїдного розчину. Достатня стійкість колоїдного розчину забезпечується при величині електрокінетичного потенціалу ξ = 0,07В, при менших значеннях ξ = 0,03В сили відштовхування занадто слабкі, щоб протистояти агрегації, а тому відбувається коагуляція, яка неминуче закінчується седиментацією.

Величину електрокінетичного потенціалу можна визначити за допомогою приладу для електрофорезу за формулою (10.5):

де η - в'язкість; ϑ – швидкість переміщення частинок; l - відстань між електродами вздовж розчину; Е – електрорушійна сила, D – діелектрична постійна.

Фактори, що впливають на ξ - потенціал:

1. Наявність у розчині індиферентного електроліту - електроліту, який не містить потенціалозначного іону.

• Індиферентний електроліт містить протиіон. У такому разі відбувається стиснення дифузійного шару та падіння ξ і як наслідок – коагуляція.
• Індиферентний електроліт містить однознаковий іон з протиіоном, але не сам протиіон. І тут відбувається іонний обмін: протиіон заміщається на іони індиферентного електроліту. Спостерігається падіння ξ, але ступінь падіння залежатиме від природи іона – заступника, його валентності, ступеня гідратованості. Ліотропні ряди катіонів та аніонів – ряди, в яких іони розташовуються по збільшенню їхньої здатності стискати дифузний шар та викликати падіння ξ - потенціалу.

Li + - Na + - NH 4 + - K + - Rb + - Cs + - Mg 2+ - Ca 2+ - Ba 2+ …

CH 3 COO - - F - - NO 3 - - Cl - - I - - Br - - SCN - - OH - - SO 4 2-

2. Додавання розчину електроліту-стабілізатора- електроліту, що містить іон потенціалу, викликає збільшення ξ - потенціалу, а значить сприяє стійкості колоїдної системи, але до певної межі.

Стійкість та коагуляція колоїдних систем

Сучасну теорію стійкості та коагуляції колоїдних систем створювали кілька відомих вчених: Дерягіна, Ландау, Фервей, Овербек і тому її скорочено називаютьтеорія ДЛФО . Відповідно до цієї теорії стійкість дисперсної системи визначається балансом сил тяжіння та відштовхування, що виникають між частинками при їх зближенні в результаті броунівського руху. Розрізняють кінетичну та агрегатну стійкість колоїдних систем.

1. Кінетична (седиментаційна) стійкість- здатність дисперсних частинок перебувати у зваженому стані та не осідати (не седиментувати). У дисперсних системах, як і природних розчинах, існує броунівський рух. Броунівський рух залежить від розмірів частинок, в'язкості дисперсного середовища, температури тощо. Тонкодисперсні системи (золі), частки яких практично не осідають під дією сили тяжіння, відносяться до кінетично (седиментаційно) стійких. До них також відносяться гідрофільні золі – розчини полімерів, білків тощо. Гідрофобні золі, грубодисперсні системи (суспензії, емульсії) кінетично нестійкі. Вони досить швидко проходить поділ фази та середовища.
2. Агрегатна стійкість- здатність частинок дисперсної фази зберігати певну міру дисперсності незмінною. У агрегатностійких системах частки дисперсної фази при зіткненні не злипаються і утворюють агрегатів. Але при порушенні агрегатної стійкості колоїдні частинки утворюють великі агрегати з подальшим випаданням дисперсної фази осад. Такий процес називається коагуляцією, і протікає він мимовільно, тому що при цьому зменшується вільна енергія системи (G<0) .

До факторів, що впливають на стабільність колоїдних систем, належать:

1. Наявність електричного заряду дисперсних частинок. Дисперсні частки ліофобних золів мають однаковий заряд, і тому при зіткненні вони відштовхуватимуться одна від одної тим сильніше, чим вище дзета - потенціал. Проте електричний чинник який завжди є визначальним.
2. Здатність до сольватації (гідратації) стабілізуючих іонів. Чим більше гідратовані (сольватовані) протиіони в дифузному шарі, тим більше загальна гідратна (сольватна) оболонка навколо гранул і тим стабільніша дисперсна система.

Відповідно до теорії при броунівському русі колоїдні частинки вільно зближуються на відстань до 10 -5 див. Характер зміни ван-дер-ваальсових сил тяжіння (1) та електростатичних сил відштовхування (2) між колоїдними частинками показаний на рис. 10.6. Результуюча крива (3) отримана шляхом геометричного додавання відповідних ординат. При мінімальних та великих відстанях між частинками переважає енергія тяжіння (I та II енергетичні мінімуми). У II енергетичному мінімумі енергія зчеплення частинок недостатня для утримання в агрегатованому стані. На середніх відстанях, що відповідають товщині подвійного електричного шару, переважає енергія відштовхування з потенційним бар'єром AB, що перешкоджає злипанню частинок. Практика показує, що при дзета-потенціалі ξ = 70 мВ колоїдні системи характеризуються високим потенційним бар'єром та великою агрегативною стійкістю. Для дестабілізації колоїдної системи, тобто. здійснення процесу коагуляції, необхідно знизити -Потенціал до значень 0 – 3 мВ.

Малюнок 10.6. Потенційні криві взаємодії колоїдних частинок

Коагуляція дисперсних систем

Коагуляція – процес злипання колоїдних частинок. Даний процес протікає порівняно легко під дією різних факторів: введення електролітів, неелектролітів, заморожування, кип'ятіння, перемішування, дії сонячного світла і т.д. електролітичної коагуляції (під впливом електролітів)часто спостерігається іонообмінна адсорбція: іони коагулянту з більшою валентністю або більшим адсорбційним потенціалом витісняють протиіони спочатку дифузного шару, а потім і адсорбційного шару. Обмін відбувається в еквівалентній кількості, але заміна протиіонів призводить до того, що при достатній концентрації електролітів у дисперсному середовищі частки втрачають стійкість і при зіткненні злипаються.

Для електролітичної коагуляції встановлено низку експериментальних загальних правил:

1. Коагуляцію ліофобних золів викликають будь-які електроліти, але з помітною швидкістю вона спостерігається при досягненні певної концентрації електроліту. Поріг коагуляції(С к) - це мінімальна концентрація електроліту, необхідна для початку коагуляції золю. При цьому спостерігаються зовнішні зміни, такі як помутніння розчину, зміна його фарбування і т.д.

• де Сел - молярна концентрація електроліту, ммоль/л;
• Vел - об'єм розчину електроліту, л;
• Vз - об'єм золю, л.

Величина, зворотна порога коагуляції, називається коагулюючою здатністю () електроліту:

де Ск - поріг коагуляції.

2. Правило Шульца – Гарді:

• коагулюючу дію виявляє той іон, заряд якого за знаком протилежний заряду поверхні колоїдних частинок (заряду гранули), причому ця дія зростає зі збільшенням валентності іона;
• коагулюючий вплив іонів багаторазово збільшується зі збільшенням валентності іонів. Для одно - двох і тривалентних іонів коагулююча дія приблизно відносяться як 1: 50: 500.

Це пояснюється тим, що багатовалентні високозарядні іони коагулянтів значно сильніше притягуються зарядженою поверхнею колоїдної частинки, ніж одновалентні, і значно легше витісняють протиіони з дифузного і навіть адсорбційного шару.

3. Коагулююча дія органічних іонів значно вища, ніж неорганічних. Це пов'язано з їхньою високою адсорбційною здатністю, можливістю адсорбуватися в надеквівалентній кількості, а також викликати перезаряджання поверхні колоїдних частинок.

4. У ряді неорганічних іонів з однаковими зарядами коагулююча здатність залежить від радіуса іона - коагулянта: чим більше радіус, тим більша коагулююча здатність (див. ліотропні ряди). Це тим, що ступінь гідратації іонів зменшується, наприклад, від L + до Cs + , а це полегшує його впровадження в подвійний іонний шар.

5. З найбільшою швидкістю коагулюють електронейтральні частки ліофобних колоїдних золів.

6. Явище звикання золю. Якщо до золя швидко додати коагулянт, відбувається коагуляція, якщо ж повільно - коагуляція відсутня. Це можна пояснити тим, що між електролітом і золем відбувається реакція, в результаті якої утворюються пептизатори, які стабілізують дисперсну систему:

Fe (OH) 3 + HCl → FeOCl + 2H 2 O ,

FeOCl → FeO + + Cl - ,

де FeO + - пептизатор для золю Fe(OH) 3 .

Коагулююча дія суміші електролітів проявляється по-різному залежно від природи іона – коагулятора. У суміші електролітів дія може сумуватися з коагулюючою дією кожного електроліту. Це явище називаєтьсяадитивність іонів (NaCl, KCl). Якщо коагулююча дія іонів електроліту зменшується при введенні іонів іншого електроліту, спостерігаєтьсяантагонізм іонів (LiCl, MgCl 2 ). У разі коли коагулююча дія іонів електроліту збільшується при введенні іонів іншого електроліту таке явище називаєтьсясинергізм іонів.

Введення, наприклад, 10 мл 10 % розчину NaCl в 10 мл золю Fe (OH) 3 призводить до коагуляції цього золю. Але цього можна уникнути, якщо додатково ввести в розчин золю одну із захисних речовин: 5 мл желатину, 15 мл яєчного альбуміну, 20 мл декстрину.

Захист колоїдних частинок

Колоїдний захист- Підвищення агрегатної стійкості золю шляхом введення в нього високомолекулярного з'єднання (ВМС). Для гідрофобних золів як ВМС зазвичай використовуються білки, вуглеводи, пектини; для неводних золів – каучуки.

Захисна дія ВМС пов'язана з утворенням на поверхні колоїдних частинок певного адсорбційного шару (Малюнок 10.7). Явище зворотне коагуляції називається пептизація.

Малюнок 10.7 Механізм пептизації

Для характеристики захисної дії різних ВМС Зігмонді запропонував використати золоте число.Золоте число- це кількість міліграмів ВМС, яку треба додати до 10 см 3 0,0006 % - го червоного золю золота, щоб запобігти його посиніння (коагуляцію) при додаванні до нього 1см 3 10% розчину NaCl. Іноді для характеристики захисної дії ВМС замість золю золота використовуються колоїдні розчини срібла (срібне число), гідроксиду заліза (залізне число) та ін.У таблиці 10.2 наведено значення цих чисел деяких ВМС.

Таблиця 10.2 Захисний вплив ВМС

Після того, як отримані колоїдні розчини, вони майже завжди забруднені домішками - надлишком вихідного електроліту або стабілізатора. Для одержання стійких колоїдних розчинів, здатних до тривалого зберігання, придатних для медичного використання вакцин та сироваток, їх очищають. Для цього використовують фільтрацію, діаліз, електродіаліз та ультрафільтрацію.

Фільтруваннячерез паперові фільтри – це очищення від грубодисперсних домішок.

Діаліз- це процес очищення золю від низькомолекулярних домішок, які легко проходять через напівпроникну мембрану в чистий розчинник, а великі колоїдні частинки не проходять і залишаються в діалізному мішку (Рис 2.3а). Мембрани бувають природні та штучні – з целофану, бичачого чи риб'ячого міхура, колодію тощо. Процес діалізу тривалий, тому його прискорюють, використовують електродиаліз.

Електродіаліз– діаліз із застосуванням електричного струму, за допомогою якого створюється спрямований рух низькомолекулярних іонів через напівпроникну мембрану, що прискорює очищення від низькомолекулярних електролітів та домішок (Рис. 2.3б).

Ультрафільтрація(Відділення дисперсної фази від середовища) – це фільтрування через напівпроникну мембрану під тиском або за допомогою вакууму, внаслідок чого створюється різниця тисків по обидва боки мембрани, що прискорює діаліз. Ультрафільтрація та електродіаліз застосовуються в апараті «штучна нирка». В організмі за принципом ультрафільтрації у ниркових нефронах відбувається постійне очищення крові від низькомолекулярних продуктів метаболізму (аміаку, фосфатів, хлоридів, ксенобіотиків).

Рис. 2.3 Очищення колоїдних розчинів

1 - розчинник (вода)

2-колоїдний розчин

3 - мембрана

а. Діаліз б. Електродіаліз 4 – електроди

2.4. Будова колоїдних частинок – міцел.

Окремі частинки колоїдних розчинів називають міцелами. Міцели мають складну будову. Основою міцелярної теорії є наявність у міцел подвійного електричного шару. Він може утворитися:

- Або за рахунок виборчої адсорбції іонів на поверхні;

- Або в результаті іонізації молекул твердої фази.

Розглянемо утворення міцел у колоїдному розчині йодиду срібла, отриманому методом хімічної конденсації за реакцією обміну: AgNO 3 + KJ = AgJ↓ + KNO 3

Залежно від співвідношення вихідних речовин може бути три випадки:

а) при еквівалентному співвідношенніреагентів колоїдний розчин утворитися неспроможна, стабілізація системи відбувається рахунок зменшення площі поверхні, тобто. зростання кристалів AgJ і випадання осаду.

б) розглянемо утворення міцели при невеликому надлишку KJ. У цьому випадку зменшення поверхневої енергії може йти за рахунок адсорбції іонів із розчину. Згідно з правилом Панета - Фаянса з розчину електроліту на поверхні мікрокристалів адсорбується той іон, який входить до складу твердого тіла і здатний добудовувати його кристалічні ґрати. У нашому випадку в розчині є іони К+ та J-. Добудовування кристалічної решітки агрегату йде рахунок іонів J – , що входять до складу кристала. Йодид-іони у кількості «n» адсорбуються на поверхні мікрокристалів (агрегаті міцели), і поверхня набуває негативного заряду: m · nJ - , тому їх називають потенціалоутворюючими.Утворюється ядроміцели. До поверхні ядра притягуються з розчину, що залишилися. протиіоникалію, К+ (але не всі, а в кількості «n – x»).

Потенціалоутворюючі іони J - і пов'язані протиіони К + утворюють навколо ядра щільний адсорбційний шар.Він має заряд. Його потенціал називають дзета-потенціалом. Агрегат з адсорбційним шаром складають гранулу: (m nJ - (n-х) К +) х-

Оскільки в адсорбційному шарі потенціалоутворювальних іонів більше, ніж протиіонів, то гранула має заряд, що збігається за знаком із зарядом іонів потенціалутворюючих.

В адсорбційний шар гранули входять не всі протиіони К + , а тільки частина, (n-x), а протиіони К + (х), що залишилися, знаходяться далі – у пухкому дифузному шарі. Чому? Протиіони відчувають дію двох протилежних сил:

1. тяжіння до зарядженої поверхні ядра;

2. теплового руху, що прагне рівномірно розподілити в обсязі.

Тому щільність шару протиіонів зменшується в міру віддалення від зарядженої поверхні гранули.

подвійний електричний шар, ДЕС

{ m nJ - (n-х) К + } х- хК + ∙ l H 2 O

ядро потенційно протиіони пухкий гідратна

утворюють дифузний шар

Іони шар

щільний адсорбційний шар

Гранула з дифузним шаром утворює міцеллу. Міцелла електронейтральна. Залежно від вихідних концентрацій розчинів, умов та інших факторів числа m, n і x можуть змінюватися. Зовні міцела оточена гідратною оболонкою. Надлишок KJ адсорбувався на поверхні мікрокристалів нерозчинного йодиду срібла та утворив подвійний електричний шар (ДЕС). Цей захисний шар перешкоджає зростанню кристалів та випаданню осаду. Тому надлишок електроліту, з якого формується подвійний електричний шар, є стабілізатором.

в) якщо є невеликий надлишок іншого електроліту, AgNO 3 то склад колоїдної міцели буде іншим. Агрегат, як і раніше, становитимуть молекули йодиду срібла, AgJ. Але після утворення дрібних кристаликів осаду AgJ – зародків, у розчині залишилися лише іони Ag + та NO 3 - . За правилом Панета-Фаянса адсорбуватися на поверхні можуть тільки іони Ag +, що добудовують її кристалічні ґрати.

Ag + - потенціалоутворюючі іони. Утворюється ядро ​​- mnAg +. Отже, протиіонами будуть іони NO 3 -. Разом з іонами Ag+ вони утворюють адсорбційний шар, а з агрегатом – позитивно заряджену гранулу:

(m nAg + (n-х) NO 3 -) х +

Хіонів NO 3, що залишилися, входять в дифузний шар міцели. Вони сольватовані

(m nAg + (n-х) NO 3 -) х + хNO 3 - l H 2 O

Рис.2.4 Схема будови колоїдної міцели золю йодиду срібла

а) отриманого при надлишку KJ

б) отриманого при надлишку AgNO 3

2.5. Електрокінетичні явища в золях – електрофорез та електроосмос

Хоча міцелла і не заряджена, але якщо її помістити в електричне поле, то іони пухкого дифузного шару відриватимуться і переміщатимуться до електрода з протилежним знаком, а заряджена гранула – до іншого електрода.

Рух твердої дисперсної фази щодо нерухомого дисперсійного середовища в електричному полі називається електрофорезом.

Так, при електрофорезі золю йодиду срібла, стабілізованого KJ, катіони пухкого дифузного шару відриваються і мигують до катода («-» електрода), а негативно заряджена гранула переміщається до анода («+» електрода).

Переміщення рідкого середовища щодо твердої дисперсної фази під дією електричного поля називається електроосмосом. Вперше ці явища спостерігав 1808 р. Ф.Ф. Рейси.

Ці електрокінетичні явища не могли б спостерігатися, якби не було подвійного електричного шару у складі міцели.

Якщо всі іони дифузного шару перейдуть в адсорбційний шар, тоді в щільному адсорбційному шарі заряд протиіонів дорівнюватиме заряду потенціалоутворюючих іонів, і гранула не матиме заряду. Такий стан колоїдного розчину називається ізоелектричним- ІЕС. Цей стан колоїдної системи найменш стійкий.

Електрофорез та електроосмос широко використовують на практиці для:

– поділу білків, α-амінокислот, нуклеїнових кислот, антибіотиків;

- Нанесення колоїдних частинок каучуку або фарб на металеві поверхні;

– зневоднення пористих матеріалів;

- Діагностики багатьох захворювань;

При отриманні колоїдних розчинів тим чи іншим методом, особливо за допомогою хімічних реакцій практично неможливо точно передбачити необхідне кількісне співвідношення реагентів. З цієї причини в золях, що утворилися, може бути надмірний надлишок електролітів, що знижує стійкість колоїдних розчинів. Для отримання високостійких систем та вивчення їх властивостей золі піддають очищенню як від електролітів, так і від інших низькомолекулярних домішок.

Очищення колоїдних розчинів можна проводити методом діалізу, або ультрафільтрацією.

Діалізполягає у вилученні із золів низькомолекулярних речовин чистим розчинником за допомогою напівпроникної перегородки (мембрани), через яку не проходять колоїдні частинки. Періодично чи безперервно змінюючи розчинник у приладі для діалізу - діалізаторі, можна практично повністю видалити з колоїдного розчину домішки електролітів та низькомолекулярних неелектролітів.

Недоліком методу є тривалість процесу очищення (тижня, місяці).

Електродіаліз- Це процес діалізу, прискорений шляхом застосування електричного струму. Прилад для його здійснення називають електродіалізатором. Найпростіший електродіалізатор являє собою посудину, розділену двома мембранами на три камери. У середню камеру наливають колоїдний розчин, що підлягає очищенню. У бічні камери поміщають електроди від джерела постійного струму та забезпечують підведення та відведення розчинника (води). Під дією електричного поля відбувається перенесення катіонів із середньої камери в катодну камеру, аніонів – в анодну. Розчин у середній камері може бути протягом короткого часу (хвилини, годинник) очищений від розчинених солей.

Компенсаційний діалізі вивідіаліз- методи, розроблені для дослідження біологічних рідин, що являють собою колоїдні системи. Принцип методу компенсаційного діалізу полягає в тому, що в діалізаторі замість чистого розчинника використовують розчини низькомолекулярних речовин, що визначаються різної концентрації. Наприклад, для визначення не пов'язаного з білками, тобто вільного цукру в сироватці крові проводять її діаліз проти ізотонічного сольового розчину, що містить різні концентрації цукру. У тому розчині,

До цього методу близький метод вивідіалізу (вивидифузії) для прижиттєвого визначення крові низькомолекулярних складових частин. Для проведення аналізу в кінці перерізаної кровоносної судини вставляють скляні канюлі, розгалужені частини яких з'єднані між собою трубками з напівпроникного матеріалу, і всю систему поміщають у посудину, що заповнюється фізіологічним розчином солі або водою. Таким шляхом було знайдено, що в крові, крім вільної глюкози, знаходяться вільні амінокислоти.

Принцип компенсаційного вівідіалізу був використаний під час створення апарату, названого «штучною ниркою». За допомогою «штучної нирки» можна очищати кров від продуктів обміну речовин, тимчасово замінюючи функцію хворої нирки за таких показань, як гостра ниркова недостатність внаслідок отруєнь, при тяжких опіках тощо.

Ультрафільтрація- фільтрування колоїдного розчину через напівпроникну мембрану, що пропускає дисперсійне середовище з низькомолекулярними домішками і затримує частинки дисперсної фази або макромолекули. Для прискорення процесу ультрафільтрації її проводять при перепаді тиску з обох боків мембрани: під розрідженням (вакуумом) або під підвищеним тиском. Вакуум створюють відкачування повітря з розташованої під фільтром судини, підвищений тиск - нагнітання повітря в посудину, розташований над фільтром. Для запобігання розриву мембрани її поміщають на пористу тверду пластинку. Ультрафільтрація дозволяє швидше відокремити від колоїдного розчину електроліти та інші домішки (низькомолекулярні органічні сполуки), ніж це відбувається при діалізі. При ультрафільтрації досягають високого ступеня очищення золю, періодично розбавляючи останній водою. На кінцевій стадії шляхом відсмоктування дисперсійного середовища можна концентрувати колоїдний розчин. Ультрафільтрація може застосовуватися в поєднанні з електродіаліз (електроультрафільтрація), завдяки чому значно прискорюється видалення солей з колоїдного розчину.

Оскільки пори звичайного фільтрувального паперу легко пропускають колоїдні частинки, при ультрафільтрації як мембрана застосовують спеціальні фільтри (целофан, пергамент, азбест, керамічні фільтри тощо). Застосування мембрани з певним розміром пор дозволяє розділити колоїдні частинки на фракції за розмірами та орієнтовно визначити ці розміри. Так було знайдено розміри деяких вірусів та бактеріофагів. Все це говорить про те, що ультрафільтрація є не тільки методом очищення колоїдних розчинів, але може бути використана для цілей дисперсійного аналізу та препаративного поділу дисперсних систем.