Наномицеллярные структуры в коллоидных системах
Представлена новая модель структуры лиофильного коллоида — гидроксида алюминия. Основанием для построения этой модели является кристаллохимическое строение гидраргиллита — зарождающейся твердой фазы и химические превращения, сопутствующие этому процессу в коллоидной системе. Рассмотрен генезис элект...
Gespeichert in:
| Datum: | 2011 |
|---|---|
| 1. Verfasser: | |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України
2011
|
| Schriftenreihe: | Украинский химический журнал |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/187223 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Наномицеллярные структуры в коллоидных системах / А.К. Запольский // Украинский химический журнал. — 2011. — Т. 77, № 4. — С. 71-76. — Бібліогр.: 16 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-187223 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1872232022-12-15T01:27:34Z Наномицеллярные структуры в коллоидных системах Запольский, А.К. Неорганическая и физическая химия Представлена новая модель структуры лиофильного коллоида — гидроксида алюминия. Основанием для построения этой модели является кристаллохимическое строение гидраргиллита — зарождающейся твердой фазы и химические превращения, сопутствующие этому процессу в коллоидной системе. Рассмотрен генезис электрического заряда наномицеллярных структур. Наведено нову модель структури ліофільного колоїду — гідроксиду алюмінію. Підставою для побудови цієї моделі є кристалохімічна будова гідраргеліту — твердої фази, що зароджується, та хімічні перетворення, що супроводжують цей процес у колоїдній системі. Розглянуто генезис електричного заряду наноміцелярних структур. The new model of structure liofilic colloidal oxyhydroxide aluminium is submitted. The basis for construction of this model are crystalchemical structure of hydrargelit — arising solid phase and the chemical transformations accompanying this process in colloidal system. Genesis of an electric charge of nanomicellar structures is considered. 2011 Article Наномицеллярные структуры в коллоидных системах / А.К. Запольский // Украинский химический журнал. — 2011. — Т. 77, № 4. — С. 71-76. — Бібліогр.: 16 назв. — рос. 0041–6045 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/187223 66.066.3+544.022.822:66.-94.941 ru Украинский химический журнал Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Неорганическая и физическая химия Неорганическая и физическая химия |
| spellingShingle |
Неорганическая и физическая химия Неорганическая и физическая химия Запольский, А.К. Наномицеллярные структуры в коллоидных системах Украинский химический журнал |
| description |
Представлена новая модель структуры лиофильного коллоида — гидроксида алюминия. Основанием для построения этой модели является кристаллохимическое строение гидраргиллита — зарождающейся твердой фазы и химические превращения, сопутствующие этому процессу в коллоидной системе. Рассмотрен генезис электрического заряда наномицеллярных структур. |
| format |
Article |
| author |
Запольский, А.К. |
| author_facet |
Запольский, А.К. |
| author_sort |
Запольский, А.К. |
| title |
Наномицеллярные структуры в коллоидных системах |
| title_short |
Наномицеллярные структуры в коллоидных системах |
| title_full |
Наномицеллярные структуры в коллоидных системах |
| title_fullStr |
Наномицеллярные структуры в коллоидных системах |
| title_full_unstemmed |
Наномицеллярные структуры в коллоидных системах |
| title_sort |
наномицеллярные структуры в коллоидных системах |
| publisher |
Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України |
| publishDate |
2011 |
| topic_facet |
Неорганическая и физическая химия |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/187223 |
| citation_txt |
Наномицеллярные структуры в коллоидных системах / А.К. Запольский // Украинский химический журнал. — 2011. — Т. 77, № 4. — С. 71-76. — Бібліогр.: 16 назв. — рос. |
| series |
Украинский химический журнал |
| work_keys_str_mv |
AT zapolʹskijak nanomicellârnyestrukturyvkolloidnyhsistemah |
| first_indexed |
2025-07-16T08:43:16Z |
| last_indexed |
2025-07-16T08:43:16Z |
| _version_ |
1837792385303576576 |
| fulltext |
НЕОРГАНИЧЕСКАЯ И ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
УДК 66.066.3+544.022.822:66.-94.941
А.К. Запольский
НАНОМИЦЕЛЛЯРНЫЕ СТРУКТУРЫ В КОЛЛОИДНЫХ СИСТЕМАХ
Представлена новая модель структуры лиофильного коллоида — гидроксида алюминия. Основанием для
построения этой модели является кристаллохимическое строение гидраргиллита — зарождающейся твердой
фазы и химические превращения, сопутствующие этому процессу в коллоидной системе. Рассмотрен генезис
электрического заряда наномицеллярных структур .
ВВЕДЕНИЕ. Процесс образования наномицел-
лярных структур в коллоидной системе и устой-
чивость последней являются центральным и од-
ним из основных вопросов в коллоидной химии.
Современные представления о структуре коллоид-
ных частиц основываются на физическом (адсорб-
ционном) подходе к рассмотрению механизма об-
разования коллоидных мицелл — наименьших
дисперсных частиц, характеризующихся поверх-
ностью раздела частица—дисперсионная среда.
Согласно физической теории, возникновению
коллоидных частиц предшествует формирование аг-
регатов из молекул, атомов или ионов вещества,
составляющих ядро дисперсной фазы. На поверх-
ности ядра сорбируются потенциалопределяющие ио-
ны. Агрегат молекул вместе с потенциалопределя-
ющими ионами составляют электрически заря-
женное ядро мицеллы. К заряженному ядру из дис-
персной среды — окружающего раствора — элект-
ростатическими силами притягиваются ионы про-
тивоположного знака (противоионы), компенсиру-
ющие заряд потенциалопределяющих ионов [1].
Таким образом, на поверхности коллоидно-
дисперсной частицы формируется двойной элект-
рический слой — ДЭС. Последний образуется в
результате перехода катионов в раствор; адсорб-
ции на поверхности частиц ионов из раствора; со-
прикосновения двух неодинаковых растворов эле-
ктролитов; двух несмешивающихся жидкостей (во-
да—масло); диссоциации соединений, образую-
щихся на поверхности, то есть на границе раздела
твердая фаза—жидкость и др.
Для несильно разбавленных растворов ДЭС
(Ж .Гуи, Д.Чапмен, О.Штерн, А.Н .Фрумкин) сос-
тоит из двух слоев: внутреннего плотного и внеш-
него — диффузного (рис. 1). Внутренняя часть —
из двух рядов ионов, расположенных на некото-
ром расстоянии δ друг от друга. Первый ряд ионов
прочно связан с поверхностью дисперсной части-
цы (твердой фазы) и определяет ее заряд. Эти ионы
называют потенциалопределяющими. Второй ряд
ионов противоположного знака примыкает к пер-
вому за счет электростатического притяжения и сил
адсорбции. Общая разность потенциалов между
фазами (ϕ) состоит из падения потенциала в пло-
тной (ϕ0) и диффузной (ϕ1) частях: ϕ= ϕ0+ϕ1.
При перемещении фаз относительно друг дру-
га жидкость движется на некотором расстоянии от
твердой поверхности. В разбавленных растворах
поверхность скольжения совпадает с границей раз-
дела между внешней и внутренней частями ДЭС.
© А.К . Запольский , 2011
Рис. 1. Строение двойного электрического слоя (ДЭС).
а
б
ISSN 0041-6045. УКР. ХИМ . ЖУРН . 2011. Т. 77, № 4 71
Разность потенциалов между подвижной (диффу-
зной) и неподвижной (плотной, адсорбционной)
частями ДЭС (рис. 1, б) называется электрокине-
тическим или ξ-потенциалом. В разбавленных ра-
створах электролитов ξ-потенциал совпадает с ϕ1
(то есть ϕ1=ξ). Поскольку общий потенциал ϕ =
= ϕ0 +ϕ1, то ϕ = ϕ0+ξ.
В целом электронейтральный комплекс назы-
вается мицеллой. Противоионы, находящиеся на
очень близком расстоянии (порядка 1—2 молекул
от ядра), прочно удерживаются электростатичес-
кими и адсорбционными силами вблизи его поверх-
ности. Остальные противоионы, отстоящие от ядра
на большом расстоянии, преодолевая потенциаль-
ную энергию поля поверхности и благодаря моле-
кулярному тепловому (броуновскому) движению,
отдаляются от нее, образуя диффузную часть двой-
ного электрического слоя.
Ядро и прочно связанные с ним противоио-
ны (рис. 2) представляют собственно коллоидную
частицу, несущую в отличиe от мицеллы электри-
ческий заряд [1]. Из этого следует, что мицелла
всегда является электрически нейтральной, а ча-
стица — заряженной. Явное противоречие. Тогда
становится неясным, как же мицелла — первооб-
разование частицы — в дальнейшем превращается
в частицу и как может рассчитываться баланс сил
притяжения и отталкивания, рассматриваемый в
теории ДЛФО [2].
Из приведенного выше [1, 3, 4] механизма об-
разования и строения мицеллы следует, что вслед-
ствие физического (адсорбционного) взаимодей-
ствия мельчайших частиц (атомов, молекул, ионов
и др.) образуется ядро. На его поверхности сорби-
руются потенциалопределяющие ионы. К электри-
чески заряженному ядру притягиваются ионы про-
тивоположного знака (противоионы), которые ком-
пенсируют заряд ядра. Противоионы образуют два
слоя: первый находится на расстоянии 1—2 моле-
кул от ядра, второй образует диффузную часть ДЭС
[Штерн, 1924].
Подобный взгляд на механизм образования
и строения мицеллы был сформирован еще в нача-
ле 20 века (1924 г.) под воздействием тогдашних
достижений в теории растворов Дебая–Хюккеля–
Онзагера. Однако с тех пор прошло почти 100 лет.
Наука развивается стремительными темпами и до-
стигла больших успехов, особенно в области не-
органической химии, кристаллохимии, химии во-
ды и водных растворов и др. Поэтому сегодня воз-
никает целый ряд вопросов относительно образо-
вания и структуры мицеллы — этого первого “кир-
пича” в строении здания новой “твердой фазы”, ха-
рактеризующейся границей раздела частица—дис-
персионная среда.
Образование мицеллы происходит в дисперси-
онной среде, где наряду с зарождением новой фа-
зы дисперсной частицы обязательно протекают
процессы взаимодействия между частицей и сре-
дой (сольватация — гидратация, гидролиз, ионный
обмен и др.). Последние исследователями, как пра-
вило, игнорировались, и процесс образования кол-
лоидно-дисперсных частиц рассматривался как чи-
сто физический [1—4]. Игнорирование этих про-
цессов привело к неверному истолкованию меха-
низма образования мицеллы и ее структуры. Об этом
свидетельствует различное написание ее формул.
Рассмотрим это на примере написания формулы для
хлоридов алюминия и железа:
частица
{m[Fe(OH)3]nH+(n–x)Cl– }xCl– ;
ядро диффузный
слой
мицелла
{m[Fe(OH)3]nFeO+(n–x)Cl– }xCl– ;
ядро
{m[Fe(OH)3]nFe3+3(n–x)Cl– }3xCl– ;
ядро
{m[Al(OH)3]nAl3+3(n–x ) Cl– }3xCl– ;
ядро
Неорганическая и физическая химия
Рис. 2. Строение мицеллы: А — адсорбционный слой;
Д — диффузионный слой; ε — термодинамический
потенциал; ξ — электрокинетический потенциал.
72 ISSN 0041-6045. УКР. ХИМ . ЖУРН . 2011. Т. 77, № 4
{m[Al (OH)3] nAl3+3(n–x) SO4
2–}3xSO4
2– .
ядро
Из написания этих формул следует, что со-
став ядра во всех случаях неодинаковый. Разны-
ми являются потенциалопределяющие ионы — Н+,
FeO+ и Fe3+ в случае хлорида железа. Нельзя сог-
ласиться с тем, что центральной частью ядра яв-
ляется Fe(OH)3, тогда как известно, что конечный
продукт гидролиза — гетит (α-FeO(OH)). Также по-
разному представляется структура противоионов
(ее внутренняя и диффузная части). Причем коли-
чественное распределение хлорид-иона между внут-
ренней и диффузными частями обозначается неоп-
ределенными (неизвестными) числами (n–x ) и
х. Поэтому не известно, какая доля х образует вну-
тренний слой, а какая — диффузный. Таким обра-
зом, состав мицеллы является неопределенным,
умозрительно представляемым как двойной электри-
ческий слой. Также не ясно в связи с этим, как мож-
но осуществлять точные математические расчеты ба-
ланса сил притяжения и отталкивания в современ-
ной теории устойчивости коллоидных систем [2].
Не понятно также и то, почему одни и те же
ионы (например, Cl– или SO4
2– ), имея одинако-
вые размеры и находясь в одинаковых условиях
(температура, концентрация, диэлектрическая про-
ницаемость, рН среды и др.) образуют разные
слои (внутренний и внешний диффузный) ДЭС.
Ведь все они имеют одинаковые силы притяжения
и отталкивания, подвержены одинаковой интен-
сивности броуновского движения в дисперсионной
среде одинаковой вязкости. Также при образова-
нии гидрозолей не учитываются состояние и свой-
ства дисперсионной среды (воды), которые могут
изменяться под воздействием различных процес-
сов (ассоциация молекул воды, гидратация, гид-
ролиз, ионный обмен и др.).
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ. При рассмотрении
структуры мицеллы и механизма ее образования
следует исходить из свойств коллоидной системы,
физико-химических процессов, протекающих в ней,
а также из структуры образующейся коллоидно-
дисперсной фазы. В качестве примера рассмот-
рим, как образуется коллоидно-дисперсная фаза при
коагуляционной очистке воды, когда в качестве
коагулянта используют сульфат алюминия [5, 16].
В процессе приготовления рабочих раство-
ров сульфата алюминия первоначально происхо-
дит гидратация его молекул, а также ступенчатый
гидролиз соли согласно схеме:
[Al(H 2O)18]3+ + H 2O ↔
↔ [Al(H 2O)15(OH)]2+ + H 5O2
+ ; (1)
[Al(H 2O)15(OH)]2+ + H 2O ↔
↔ [Al(H 2O)12(OH)2]+ + H 5O2
+ ; (2)
[Al(H 2O)12(OH)2]+ + H 2O ↔
↔ [Al(H 2O)9(OH)3] + H 5O2
+ ↔
↔ Al(OH)3 + 9H 2O + H 5O2
+ . (3)
В разбавленных водных растворах при от-
сутствии комплексообразователей при рН<3 ион
алюминия [6, 7] существует в виде комплекса
[Al(H2O)18]
3+ октаэдрической структуры (рис. 3).
В вершинах октаэдра находятся по три моле-
кулы воды, образуя две координационные сферы.
Очевидно, что подобные триады воды содержатся и
в дисперсионной среде — воде [8].
Каждая из шести молекул воды первой коор-
динационной сферы связана водородными связя-
ми с двумя молекулами воды второй сферы [9].
Обмен молекул воды, координированных ионами
алюминия, протекает по диссоциативному механи-
зму. Время жизни молекул воды в гидратной сфе-
ре иона алюминия при 25 o С составляет 4.5 с [10],
величина комплекса — приблизительно 0.8 нм
(размеры комплексов здесь и далее установлены рас-
четным путем).
Методом ЯМР на протонах 17O и 27Al опре-
делена гидратация иона Al3+ в водных растворах
и установлен механизм гидролиза [11] c образова-
нием мономеров и димеров по реакциям (1) и (4). В
разбавленных водных растворах с концентрацией
ионов алюминия не более 10–3 г-ион/дм3 при рН>3
Рис. 3. Модель структуры акваионов [Al(H2O)18]3+ .
ISSN 0041-6045. УКР. ХИМ . ЖУРН . 2011. Т. 77, № 4 73
образуются молекулярные гидроксокомплексы
[12] по схеме (1).
В интервале значений рН 3.8—4.9 гидролиз
ионов алюминия Al3+ протекает по первой степе-
ни (1) с образованием аквагидроксокомплексных
ионов [Al(H2O)15(OH)]2+. При рН 5—5.6 преиму-
щественно образуются ионы [Al(H2O)12OH)2] по
второй ступени гидролиза (2). Осаждение гидрок-
сида алюминия происходит в интервале значе-
ний рН 5—11. При значениях рН 6.5—7, то есть
в условиях коагуляционной очистки воды, в дис-
персионной среде (воде) может оставаться в раство-
ренном состоянии в виде приведенных выше ио-
нов достаточное количество алюминия. Это спо-
собствует повышению содержания остаточного алю-
миния в очищенной воде и, таким образом, ухуд-
шению ее качества.
В более концентрированных растворах при
СAl3+>10–3 г-ион/дм3 в зависимости от соотноше-
ния концентраций ОН– и Al3+ (α0) существуют мо-
номерные и полимерные ионы. Скорость превра-
щений по схемам (1)—(3) зависит от ряда факто-
ров: концентрации реагирующих веществ, темпе-
ратуры, ионного состава и рН среды. Увеличение
концентрации алюминия и соотношения α0 = моль
ОН–/Al3+ способствуют протеканию реакции гид-
ролитической полимеризации, например, димери-
зации по схемам:
[Al(H 2O)18]3+ + [Al(H 2O)15(OH)]2+ ↔
↔ [Al2(H 2O)24(OH)2]4+ + H 5O2
+ ; (4)
[Al(H 2O)15(OH)]2+ + [Al(H 2O)15(OH)]2+ ↔
↔ [Al2(H 2O)24(OH)2]4+ + H 5O2
+ . (5)
В результате реакций полимеризации (4) и
(5) образуются димеры [Al2(H2O)24(OH)2](SO4)2 ,
структура которых состоит из двух октаэдров, со-
единенных посредством гидроксид-ионов по реб-
ру (рис. 4). В центре каждого октаэдра находятся
два атома алюминия в окружении шести атомов
кислорода. Величина димерных аквагидроксоком-
плексов составляет ~1.5 нм. На протекание реак-
ций гидролиза и полимеризации значительное вли-
яние оказывает концентрация алюминия в водном
растворе и рН среды. В итоге могут образоваться
более полимеризованные аквагидроксокомплек-
сы — тетрамеры [Al4(H2O)36(OH)6]
6+ и шестиядер-
ные полимерные комплексы [Al6(H2O)36(OH)12]
6+,
структура которых подобна структуре минерала
гидраргиллита. Связь между двумя атомами алю-
миния осуществляется посредством диоловой груп-
пы (двумя ол-группами):
Величина этих алюминиевых аквагидроксо-
комплексов составляет соответственно ~3 и ~4.5 нм.
В гидраргиллите каждый атом алюминия ок-
ружен шестью группами ОН–, которые вследствие
d2sp2-гибридизации орбиталей алюминия образуют
его внутреннюю сферу и располагаются по верши-
нам октаэдра. Гидраргиллит имеет слоистую стру-
ктуру (рис. 5).
Неорганическая и физическая химия
Рис. 4. Модель структуры димера [Al(H2O)24(ОН )2]4+ .
Рис. 5. Фрагмент структуры гидраргиллитового шести-
ядерного аквагидроксокомплекса, где а — оксономет-
рическое, б — схематическое изображение.
а
б
74 ISSN 0041-6045. УКР. ХИМ . ЖУРН . 2011. Т. 77, № 4
Каждый слой построен из Al-октаэдров, соч-
лененных между собой ребрами так, что образу-
ются кольца шестиядерных алюминиевых аква-
гидроксокомплексов. По Берналу и Мего в гидрар-
гиллите группы ОН– нижнего слоя накладывают-
ся на такие же группы верхней части (рис. 6).
При этом образуется трехслойный аквагидро-
ксокомплекс {[Al6(OH)18][Al6(H2O)36(OH)12]2}(SO4)3,
представляющий собой мицеллу — первый “кир-
пич” в строении твердой фазы гидраргиллита, ха-
рактеризующейся поверхностью раздела жидкое —
твердое [13—15].
Таким образом, мицелла состоит из шести мо-
лекул гидроксида алюминия внутреннего слоя, объе-
диненных в шестиядерную кольцевую структуру
(рис. 5). Сверху и снизу у этого слоя расположены
два кольца шестиядерных аквагидроксокомплек-
сов с зарядом +6, уравновешенных тремя сульфат-
ными группами. Последние в результате после-
дующего гидролиза удаляются из структуры ми-
целлы. Размер мицеллы составляет ~15 нм.
Коагуляция мицелл осуществляется путем гид-
ролитического взаимодействия верхнего и нижне-
го слоев или по боковым ребрам октаэдров с со-
членением этих слоев или мицелл водородными
связями.
Одновременно может происходить такое вза-
имодействие мицелл с димерами и другими поли-
ядерными аквагидроксокомплексами алюминия.
В результате мицеллярные образования могут при-
обретать различный заряд поверхности в зависи-
мости от того, что сорбируется на поверхности кол-
лоидной частицы. Если сорбируются димерные ак-
вагидроксокомплексы [Al2(H2O)24(OH)2]
4+, то это
будет заряд +4, а в случае тетрамеров [Al4(H2O)36-
(OH)12]
6+ или шестиядерных алюминиевых аква-
гидроксокомплексов [Al6(H2O)36(OH)12]
6+ — +6.
Поскольку эти комплексы могут сорбироваться на
различных активных участках поверхности мицел-
лярных агрегатов, то электрический заряд поверх-
ности имеет дискретный (мозаичный) характер, то
есть образуются отдельные электрически заряжен-
ные участки поверхности. Эти заряженные участки,
несущие на себе электроположительный заряд, яв-
ляются активными центрами. На последних возмо-
жна сорбция других частиц неорганического и ор-
ганического происхождения. Активные центры об-
разуют также гидратированные вершины октаэд-
ров, которые еще не вступили в гидролитическое
взаимодействие, но постоянно осуществляется дис-
социация молекул воды 3Н2О ↔ Н2О2
+ + ОН, о чем
говорилось выше. Образование оксониевых ио-
нов на поверхности также способствует ионизации
поверхности и приданию ей положительного заряда.
Дискретное (мозаичное) распределение заря-
дов на поверхности мицеллы не позволяет утвер-
ждать об образовании двойного электрического
слоя, как это принято в современной коллоидной
химии (образование ДЭС по Штерну, что было
рассмотрено в начале статьи).
Мицеллы астабилизированного золя, нахо-
дясь на близком расстоянии или сближаясь в ре-
зультате броуновского движения на достаточно
близкое расстояние под действием ван-дер-вааль-
совых сил межмолекулярного притяжения и пос-
ледующего гидролитического взаимодействия, со-
членяются посредством водородной связи в ша-
рообразные агрегаты золя размером ~120—150 нм.
Сочленение происходит по вершинам и ребрам
октаэдров, входящих в структуру мицелл.
Вследствие наличия на поверхности частиц
заряженных полиядерных алюминиевых аквагид-
роксокомплексов и возникающего электростати-
ческого заряда благодаря броуновскому движению
существуют силы отталкивания. Последние ока-
зывают стабилизирующее действие на коллоидный
золь. Стабилизации коллоидов способствуют так-
же их гидратные оболочки, малая концентрация
частиц в коллоидной системе и низкая интенсив-
ность их броуновского движения.
В результате коагуляции шарообразных аг-
регатов образуются цепочные структуры, которые
Рис. 6. Схема структуры гидраргиллита , состоящего из
трех шестиядерных аквагидроксокомплексов [Al6(H2O)36-
(OH)12]6+ , сочлененных посредством водородной связи.
ISSN 0041-6045. УКР. ХИМ . ЖУРН . 2011. Т. 77, № 4 75
затем трансформируются в хлопья значительных
размеров (порядка нескольких миллиметров и бо-
лее). Последние, будучи подверженными дейс-
твию сил земного притяжения, оседают на дно от-
стойника. Это приводит к астабилизации колло-
идной системы.
ВЫВОДЫ. Таким образом, сопоставляя стру-
ктуру мицеллы исходя из представлений ДЭС (а)
и кристаллохимического строения твердой фазы (б):
{m[Al(OH)3]nAl3+3(n–x )SO4
2– }3xSO4
2– ; (a)
{[Al6(OH)18][Al6(H 2O)36(OH)12]2}(SO4)3 , (б)
можно отметить следующие существенные различия:
– ядро состоит не из неизвестного числа m мо-
лекул гидроксида алюминия и неизвестного числа
n потенциалопределяющих ионов Al3+ (а), а из ше-
сти молекул гидроксида алюминия, образующих
шестиатомное алюминиевое кольцо гидраргилли-
товой структуры (б). Таким образом, образуется
фрагмент структуры минерала гидраргиллита;
– на поверхности ядра сорбируются непотен-
циалопределяющие ионы Al3+ (они в условиях ги-
дролиза не существуют при таких значениях кон-
центраций и рН) и неопределенное количество
3(n–x)SO4
2–, а сверху и снизу располагаются также
кольцевые шестиядерные алюминиевые аквагид-
роксокомплексы с зарядом +6, которые уравнове-
шиваются тремя ионами SO4
2– (б). Одновременно
могут сорбироваться также димерные алюминие-
вые аквагидроксокомлексы с зарядом +4;
– заряд мицеллы не +3 (а), а +6 и более в случае
сорбции димерных алюминиевых аквагидроксо-
комплексов и оксониевых ионов;
– электрический заряд мицеллы представляет не
сплошь однороднозаряженную поверхность, а диск-
ретно (мозаично) рассредоточен по всей поверх-
ности. На ранних этапах зарождения твердой
фазы заряд формируется за счет сорбции димер-
ных и полиядерных алюминиевых аквагидроксо-
комплексов, а на более поздних — за счет элек-
тростатического электричества, возникающего вслед-
ствие броуновского движения частиц в дисперси-
онной среде, а также благодаря сорбции на поверх-
ности частиц оксониевых ионов.
РЕЗЮМЕ. Наведено нову модель структури ліофі-
льного колоїду — гідроксиду алюмінію. Підставою для
побудови цієї моделі є кристалохімічна будова гідрарге-
літу — твердої фази, що зароджується, та хімічні пере-
творення, що супроводжують цей процес у колоїдній сис-
темі. Розглянуто генезис електричного заряду наноміце-
лярних структур .
SUMMARY. The new model of structure liofilic col-
loidal oxyhydroxide aluminium is submitted. The basis for
construction of this model are crystalchemical structure
of hydrargelit — arising solid phase and the chemical trans-
formations accompanying this process in colloidal system.
Genesis of an electric charge of nanomicellar structures is
considered.
1. Воюцкий С.С. Курс коллоидной химии. Изд. 2-е,
перераб. и доп. -М .: Химия, 1976.
2. Дерягин Б .В. Теория устойчивости коллоидов и
тонких пленок. -М .: Наука, 1986.
3. Фридрихсберг Д.А . Курс коллоидной химии. Изд.
2-е, перераб. и доп. -Л.: Химия, 1984.
4. Колоїдна хімія / Під ред. Л.С. Воловик, Є.І. Ковалев-
ської, В.В. Манк та ін. -Київ: Наук. думка , 1999.
5. Запольский А .К., Баран А .А . Коагулянты и фроку-
лянты в процессах очистки воды: Свойства. Полу-
чение. Применение. -Л .: Химия, 1987.
6. Frantielo A ., Lee R .E., Nishida V.M ., Shuster R .E .
// J. Chem. Phys. -1968. -48, № 8. -P. 3705.
7. Silveria A ., M argues M .A ., M argues N.M . // C. r.
Acad. Sci. -1961. -252, № 25. -P. 3983.
8. Фрицман Э.Х . Природа воды. Тяжелая вода. -Л.:
ОНТИ – Химтеорет, 1935.
9. Veillard H . // J. Amer. Chem. Soc. -1977. -99, №
2. -P. 608.
10. Fiat D., Cornic R.E. // Ibid. -1968. -90, № 3. -P. 608.
11. Назаренко В.А ., Антонович В.П ., Невская Е.М .
Гидролиз ионов металлов в разбавленных раство-
рах. -М .: Атомиздат, 1979.
12. Takahashi A . // J. Phys. Soc. Japan. -1968. -24. -P.
657 (Цит. по РЖХим, 1969. -4Б379).
13. Коллоидно-х имические основы нанонауки / Под
ред. А.П. Шпака, З.Р. Ульберг. -Киев: Академпе-
риодика, 2005.
14. Запольский А .К. Физико-химическая теория коа-
гуляционной очистки воды. -Киев: НУПТ, 2010.
15. Nanoscience. Colloidal and Interfacial Aspects / Ed.
by V.M. Starov. Loughborough University Leices-
tershire, United Kingdom, 2010 by Taylor and F rancis
Group, LLC, Boca Raton London New York //
Sections IX. Appl. of Nanocolloids. Ch. 37. Role
of Nanostructures in the Process of Water Treatment
by Coagulation, A.K. Zapolskiy. -P. 1093—1129.
16. Запольський A .К. // Укр. хим. журн. -2010. -76, №
10. -С. 89—96.
Национальный университет пищевых технологий, Киев Поступила 21.09.2010
Неорганическая и физическая химия
76 ISSN 0041-6045. УКР. ХИМ . ЖУРН . 2011. Т. 77, № 4
|