Koloidy v životním prostředí Jiří Faimon Koloidy v životním prostředí •Termodynamika koloidů •Stabilita koloidů •Mezi částicemi v suspenzích dochází k nepřetržité řadě srážek, ať už díky Brownovu pohybu, sedimentačnímu pohybu nebo proudění. Zda tyto srážky povedou k trvalému kontaktu (spojení) nebo zda dojde k opětovnému rozdělení, o tom bude rozhodovat velikost a povaha interakčních sil mezi částicemi. •Zředěné roztoky (přicházejí v geologii v úvahu především) – lze uvažovat jen interakci mezi dvojicí částic, tzv. párová interakce. Interakční síly jsou složeny z přitažlivých a odpudivých sil, za rovnováhy musí být výslednice těchto sil nulová. •Vzhledem k tomu, že typické molekulární (hydrofilní) koloidy jsou termodynamicky stabilní díky pevnému hydratačnímu obalu, další úvahy se budou týkat především termodynamicky nestabilních fázových koloidů. Koloidy v životním prostředí •Termodynamika fázových koloidů Termodynamická nestabilita fázových koloidů je způsobena velkým povrchem částic (velikostí fázového rozhraní), kterému odpovídá vysoká hodnota povrchové energie. Systém má snahu tento povrch snižovat spojováním částic do větších složených celků. Gibbsův popis fázového rozhraní (Moore 1981): Mějme dvě objemové fáze F1 a F2, rozdělené fázovým rozhraním s konečnou šířkou, které lze idealizovat na dvojrozměrný povrch - povrchovou fázi Fg. Fázové rozhraní jako model tří fází Koloidy v životním prostředí •Pokud bude kritérium rovnováhy Gibbsova funkce G (proměnné p,T, O, ni) dostaneme: • G = G1 + G2 + Gg •V diferenciálním tvaru a po dosazení: • • • •Za konstantního p,T a složení (dp, dT, dn = 0), dostaneme analogicky: • dG = sdO •O je plocha povrchu, s je povrchové napětí (mezifázová povrchová energie) •Ke snížení hodnoty Gibbsovy funkce za těchto podmínek dojde jen při zmenšení celkového povrchu O povrchové fáze Fg, jinými slovy při spojení malých částic do větších celků. Koloidy v životním prostředí •Vznik koloidů: •Koloidní částice mohou vznikat v zásadě dvěma způsoby: •a) dispergací, kdy se makročástice (minerální zrna) zmenšují vnějšími vlivy • Von Weimarn v roce 1923 dokázal, že mechanickým roztíráním v disperzním činidle lze připravit koloidní roztoky i z takových typicky hydrofobních látek, jako jsou S, Se, a různé kovy. •Zvláštním typem dispergace je peptizace, kdy se převádí sraženiny, vzniklé z koloidů, zpět do koloidního stavu účinkem peptizátoru (např. peptizace vysráženého hydroxidu železitého silnou kyselinou) •Desintegrační procesy •Vlivy povrchové energie Koloidy v životním prostředí •b) kondenzací, kdy se rozpuštěné molekuly spojují do větších celků. •Kondenzační procesy, vznik a význam –přesycení, –nukleace, –tvorba tuhé fáze, –kinetické faktory. • •Polymerizace v roztocích: –Monomery, přesycení, polymery hliníku a křemíku, –růst částic, modelování. –