Основні умови здобуття дисперсних систем. Отримання, стабілізація та очищення дисперсних систем

Методи отримання колоїдних розчинівтакож можна розділити на дві групи: методи конденсації та диспергування (в окрему групу виділяється метод пептизації, який буде розглянуто пізніше). Ще однією необхідною для отримання золів умовою, крім доведення розмірів частинок до колоїдних, є наявність у системі стабілізаторів - речовин, що перешкоджають процесу мимовільного укрупнення колоїдних частинок.

Мал. Класифікація способів одержання дисперсних систем(У дужках вказаний вид систем)

Дисперсійні методи

Дисперсійні методи засновані на подрібненні твердих тіл до частинок колоїдного розміру та утворенні таким чином колоїдних розчинів. Процес диспергування здійснюється різними методами: механічним розмелюванням речовини у т.зв. колоїдних млинах, електродуговим розпорошенням металів, дробленням речовини за допомогою ультразвуку.

Диспергування може бути мимовільне та мимовільне. Мимовільне диспергування характерне для ліофільних систем і пов'язане зі зростанням безладдя системи (коли з одного великого шматка утворюється багато дрібних частинок). При диспергуванні за постійної температури зростання ентропії має перевищувати зміну ентальпії.

ΔН > TΔS; ΔG> 0.

Процес диспергування у разі є типово мимовільним і здійснюється з допомогою зовнішньої енергії.

Диспергування характеризується ступенем диспергування. Вона визначається ставленням розмірів вихідного продукту та частинок дисперсної фази отриманої системи. Ступінь диспергування можна виразити так:

α 1 = d н /d до; α 2 = B н /B до; α 3 = V н /V до,

де dн; d до; B н; B до; V н; V до - відповідно діаметр, площа поверхні, обсяг частинок до і після диспергування.

Таким чином, ступінь диспергування може бути виражена в одиницях розміру (α1), площі поверхні (α2) або об'єму (α3) частинок дисперсної фази, тобто. може бути лінійною, поверхневою чи об'ємною.

Робота W, необхідна для диспергування твердого тіла або рідини, витрачається на деформування тіла W д і утворення нової поверхні розділу фаз W а, яка вимірюється роботою адгезії. Деформування є необхідною причиною руйнування тіла. Відповідно до П.А. Ребіндеру робота диспергування визначається за формулою

W = W a + W д = σ*ΔB + кV,

де σ* - величина, пропорційна або рівна поверхневому натягу на межі розділу між дисперсною фазою та дисперсійним середовищем; ΔB - збільшення поверхні поділу фаз в результаті диспергування; V - обсяг вихідного тіла до диспергування; к - коефіцієнт, еквівалентний роботі деформування одиниці об'єму тіла.

Методи конденсації

До конденсаційних методів отримання дисперсних систем відносяться конденсація, десублімація та кристалізація. Вони засновані на утворенні нової фази в умовах пересиченого стану речовини в газовому або рідкому середовищі. При цьому система з гомогенної перетворюється на гетерогенну. Конденсація та десублімація характерні для газової, а кристалізація – для рідкого середовища.

Необхідною умовою конденсації та кристалізації є пересичення та нерівномірний розподіл речовини у дисперсійному середовищі (флуктуація концентрації), а також утворення центрів конденсації або зародків.

Ступінь пересичення β для розчину та пари можна виразити таким чином:

β ж = с/с s , β П = р/р s ,

де р, с - тиск пересиченої пари та концентрація речовини в пересиченому розчині; р s - рівноважний тиск насиченої пари над плоскою поверхнею; s — рівноважна концентрація, що відповідає утворенню нової фази.

Для кристалізації охолоджують розчин або газову суміш.

В основі конденсаційних методів отримання дисперсних систем лежать процеси кристалізації, десублімації та конденсації, які спричинені зменшенням енергії Гіббсу (ΔG< 0) и протекают самопроизвольно.

При зародженні та утворенні частинок із пересиченого розчину або газового середовища змінюється хімічний потенціал µ, виникає поверхня розділу фаз, яка стає носієм надмірної вільної поверхневої енергії.

Робота, що витрачається на утворення частинок, визначається поверхневим натягом і дорівнює:

W 1 = 4πr 2 σ,

де 4πr 2 - Поверхня сферичних частинок радіусом r.

Хімічний потенціал змінюється так:

Δμ = μ i // - μ i /< 0; μ i // >μ i / ,

де μ i / і μ i // - Хімічні потенціали гомо і гетерогенних систем (при переході від дрібних крапель до великих).

Зміна хімічного потенціалу характеризує перенесення певної кількості молей речовини з однієї фази до іншої; це число n молей дорівнює об'єму частки 4πr 3 /3, поділеному на мольний об'єм Vм:

Робота утворення нової поверхні в процесі конденсації W дорівнює:

де W 1 і W 2 відповідно робота, що витрачається на утворення поверхні частинок, і робота на перенесення речовини з гомогенного середовища в гетерогенну.

Утворення дисперсних систем може відбуватися в результаті фізичної та хімічної конденсації, а також заміни розчинника.

Фізична конденсація здійснюється при зниженні температури газового середовища, що містить пари різних речовин. За виконання необхідних умов утворюються частки чи краплі дисперсної фази. Подібний процес має місце не тільки в обсязі газу, а й на охолодженій твердій поверхні, яку поміщають у тепліше газове середовище.

Конденсація визначається різницею хімічних потенціалів (μ i // - μ i /)< 0, которая изменяется в результате замены растворителя. В отличие от обычной физической конденсации при заміні розчинникасклад та властивості дисперсійного середовища не залишаються постійними. Якщо спиртові або ацетонові розчини сірки, фосфору, каніфолі та деяких інших органічних речовинвлити у воду, то розчин стає пересиченим, відбувається конденсація та утворюються частинки дисперсної фази. Метод заміни розчинника є одним із небагатьох, за допомогою яких можна отримати золі.

При хімічної конденсаціївідбувається утворення речовини з одночасним її пересиченням та конденсацією.

Дисперсною називають систему, в якій одна речовина розподілена в середовищі іншої, причому між частинками та дисперсійним середовищем є межа поділу фаз. Дисперсні системи складаються з дисперсної фази та дисперсійного середовища.

Дисперсна фаза - це частки, розподілені серед. Її ознаки: дисперсність та уривчастість.

Дисперсійне середовище - матеріальне середовище, в якому знаходиться дисперсна фаза. Її ознака – безперервність.

Метод диспергування. Полягає в механічному дробленні твердих тіл до заданої дисперсності; диспергування ультразвуковими коливаннями; електричне диспергування під дією змінного та постійного струму. Для отримання дисперсних систем методом диспергування широко використовують механічні апарати: дробарки, млина, ступки, вальці, фарботерки, струшувачі. Рідини розпорошуються і розбризкуються за допомогою форсунок, дзиги, дисків, що обертаються, центрифуг. Диспергування газів здійснюють головним чином за допомогою барботування через рідину. У пінополімерах, пінобетоні, піногіпсі гази одержують за допомогою речовин, що виділяють газ при підвищеній температурі або в хімічних реакціях.

Незважаючи на широке застосування диспергаційних методів, вони не можуть застосовуватися для отримання дисперсних систем з розміром частинок -100 нм. Такі системи одержують кондесаційними методами.

В основі конденсаційних методів лежить процес утворення дисперсної фази речовин, що знаходяться в молекулярному або іонному стані. Необхідна вимога при цьому методі – створення пересиченого розчину, з якого має бути отримана колоїдна система. Цього можна досягти за певних фізичних чи хімічних умов.

Фізичні методи конденсації:

1) охолодження пар рідин або твердих тіл при адіабатичному розширенні або змішуванні їх з великим об'ємом повітря;

2) поступове видалення (випарювання) з розчину розчинника або заміна його іншим розчинником, в якому речовина, що диспергується, гірше розчиняється.

Так, до фізичної конденсації відноситься конденсація водяної пари на поверхні твердих або рідких частинок, що знаходяться в повітрі, іонів або заряджених молекул (туман, смог).

Заміна розчинника призводить до утворення золю у тих випадках, коли до вихідного розчину додають іншу рідину, яка добре змішується з вихідним розчинником, але є поганим розчинником для розчиненої речовини.

Хімічні методи конденсації засновані на виконанні різних реакцій, внаслідок яких з пересиченого розчину осаджується нерозчинена речовина.

В основі хімічної конденсації можуть лежати не тільки обмінні, а й окисно-відновні реакції, гідролізу тощо.

Дисперсні системи можна також одержати методом пептизації, який полягає у переведенні в колоїдний «розчин» опадів, частинки яких вже мають колоїдні розміри. Розрізняють такі види пептизації: пептизацію промиванням осаду; пептизацію поверхнево – активними речовинами; хімічну пептизацію.

З погляду термодинаміки, найбільш вигідним є метод диспергування.

Методи очищення:

1. Діаліз – очищення золів від домішок за допомогою напівпроникних мембран, що омиваються чистим розчинником.

2. Електродіаліз – діаліз, прискорений з допомогою електричного поля.

3. Ультрафільтрація – очищення шляхом продавлювання дисперсійного середовища разом із низькомалекулярними домішками через напівпроникну мембрану (ультрафільтр).

Малекулярно-кінетичні та оптичні властивості дисперсних систем: броунівський рух, осмотичний тиск, дифузія, седиментаційна рівновага, седиментаційний аналіз, оптичні властивості дисперсних систем.

Всі молеклярно-кінетичні властивості обумовлені мимовільними рухом молекул і виявляються в броунівському русі, дифузії, осмосі, седиментауионном рівновазі.

Броуновським називають безперервний, хоатичний, рівноймовірний для всіх напрямків рух дрібних частинок, зважених у рідині або газах, за рахунок впливу молекул дисперсійного середовища. Теорія броунівського руху виходить з уявлення про взаємодію випадкової сили, яка характеризує удари молекул, сили, яка залежить від часу, і сили тертя при русі частинок дисперсної фази в дисперсійному середовищі з певною швидкістю.

Крім поступального рухуможливе і обертальне, характерне для двомірних частинок неправильної форми(ниток, волокон, пластівців). Броунівський рух найбільш яскраво виражений у високодисперсних систем, яке інтенсивність залежить від дисперсності.

Дифузія - мимовільне поширення речовини з області з більшою концентрацією в область меншою концентрацією. Розрізняють такі види:

1.)молекулярну

3) колоїдні частинки.

Швидкість дифузії у газах найбільша, а твердих тілах – найменша.

Осмотичний тиск – це такий надлишковий тиск над розчином, який необхідний виключення перенесення розчинника через мембрану. ОД виникає при русі чистого розчинника у бік розчину або від більш розбавленого розчину у бік більш концентрованого, а отже пов'язано з ранністю концентрацією розчиненої речовини та розчинника. Осмотичний тиск дорівнює тому тиску, яке б виробляла дисперсна фаза (розчинена речовина), якби воно у вигляді газу при тій же температурі займала той же обсяг, що і колоїдна система (розчин).

Седиментація – це розшарування дисперсних систем під впливом сили тяжкості з відділенням дисперсної фази як осаду. Здатність дисперсних систем до седиментації є показником їхньої седиментаційної стійкості. Процеси розшарування застосовують тоді, коли потрібно виділити той чи інший компонент з якогось компонента з якогось природного або штучно приготованого продукту, що є гетерогенною рідинною системою. В одних випадках із системи витягують цінний компонент, в інших видаляють небажані домішки. У громадському харчуванні процеси розшарування дисперсних систем необхідні, коли потрібно отримати прозорі напої, висвітлити бульйон, звільнити його від м'яса.

Поведінка променя світла, що на шляху частинки дисперсної фази, залежить від співвідношення довжини хвилі світла і розмірів частинок. Якщо розміри частинок більші за довжину світлової хвилі, то світло відбивається від поверхні частинок під певним кутом. Це спостерігається в суспензіях. Якщо розміри частинок менші за довжину світлової хвилі, то світло розсіюється.

Методи отримання дисперсних систем діляться на дві групи, що принципово розрізняються: диспергаційні і конденсаційні.

Диспергування

Отримання дисперсних систем методом диспергування пов'язане з дробленням та подрібненням речовин. Диспергування може здійснюватися механічними, електричними, хімічними (пептизація) та ультразвуковими способами.

Механічне диспергування речовин постійно відбувається у природі - вивітрювання гірських порід, утворення льодовиків та інші процеси. Велике значеннямеханічне диспергування має у промислових процесах - збагаченні руд, металургійному виробництві при утворенні шлаків, у нафтопереробці, будівництві, медицині, фармацевтиці. При цьому використовують різні типита конструкції млинів, що забезпечують отримання потрібного ступеня розмелювання. Так, кульові млина забезпечують отримання часток грубого розмелювання (~ 10 4 м); у колоїдних млинах виходять частинки тоншого розмелювання, наприклад, при дробленні цукру, кави, крохмалю, графіту, хімічних реактивів використовують колоїдні млина для отримання високого ступеня дисперсності речовини.

Диспергування починається з дроблення, подрібнення речовини є наступною стадією. Робота W, що витрачається на диспергування речовини, за рівнянням Ребіндера складається з двох доданків:

де W^- робота, що витрачається на дроблення; - робота, що витрачається на подрібнення речовини; А К і As- Зміна обсягу системи та поверхні дисперсних частинок в ній; та - коефіцієнти пропорційності.

Якщо об'єм тіла пропорційний кубу лінійного розміру, а площа його квадрату, то рівняння Ребіндера можна переписати як співвідношення

де /Г і – коефіцієнти пропорційності.

Для першої стадії диспергування важливий перший доданок К.а*,

так як робота, що витрачається на деформацію та дроблення, пов'язана з розмірами вихідних шматків речовини (як правило, великих і з невеликою поверхнею) та їх механічною міцністю. На другій стадії диспергування робота пропорційна величині поверхні, що утворюється. При великих розмірах часток можна знехтувати роботою утворення поверхні і, навпаки, при малих розмірах – роботою об'ємного деформування.

Якщо загалом коефіцієнти пропорційності К^і До 2 залежать

від природи речовини, середовища, методу дроблення, то в другому доданку коефіцієнт /С, бере на себе функцію енергії утворення одиниці поверхні, тобто поверхневого натягу: к ^ = К ^ с5.

При дробленні і подрібненні руйнування тіл йде але місцям дефектів міцності - мікро гріщинам, які є в слабких місцяхкристалічних ґрат, при цьому міцність частинок зростає, що використовується для отримання більш міцних матеріалів.

Для полегшення диспергування матеріалів та зниження енерговитрат зазвичай використовують спеціальні добавки, які називаються понизителями міцності. Зазвичай додавання знижувачів міцності у кількості -0,1% від маси подрібнюваних речовин знижує енерговитрати отримання дисперсних систем приблизно вдвічі. Ефект зниження міцності твердих тіл у присутності знижувачів міцності називається ефектом

Ребіндер. Він заснований на тому, що розвиток мікротріщин під дією сили йде легше при адсорбції різних речовин із середовища, тобто саме по собі середовище не руйнує поверхню тіл, а лише допомагає руйнуванню. Дія добавок, що являють собою найчастіше поверхнево-активні речовини (ПАР), зводиться, перш за все, до зниження поверхневого натягу та зменшення роботи подрібнення. Крім того, добавки, змочуючи матеріал, допомагають середовищу проникнути у місця дефектів твердого тіла та за допомогою капілярних сил полегшують його руйнування. Ефект Ребіндер широко використовується в промисловості. Наприклад, подрібнення руди завжди проводять у водному середовищіу присутності ПАР; якість обробки деталей на верстатах у присутності емульсії ПАР різко підвищується, збільшується термін служби металорізального інструменту та знижуються енерговитрати для проведення процесу.

Диспергування широко використовується при отриманні емульсій - дисперсних систем, в яких одна рідина диспергована в іншій рідині, тобто обидві фази рідкі (Ж/Ж). Необхідною умовою утворення емульсій є повна або часткова нерозчинність дисперсної фази дисперсійної середовищі. Тому рідкі речовини, що утворюють емульсію, повинні відрізнятися за полярністю. Зазвичай вода (полярна фаза) є складовою емульсій. Друга фаза повинна бути неполярною або малорозчинною рідиною, званою незалежно від складу олією (бензол, толуол, рослинні та мінеральні олії).

Емульсії діляться на два типи: прямими називаються емульсії М/В (дисперсна фаза – олія, дисперсійне середовище – вода); оберненими (інвертними) - емульсії В/М (дисперсії води в маслі). Прикладом емульсій I типу можуть бути емульсії, що утворюються при конденсації відпрацьованої пари в двигуні, харчові емульсії (молоко, вершки); Типова емульсія II типу - сира нафта, де міститься до 50% сольових розчинів. Сира нафта є емульсією В/М, стабілізовану маслорозчинними ПАР (парафінами, асфальтенами). Як приклад харчових зворотних емульсій можна навести маргарини або вершкове масло. Тип емульсії визначається об'ємним співвідношенням фаз: дисперсною фазою є та рідина, яка знаходиться у меншій кількості. Визначити тип можна по здатності змішуватися з полярними і неполярними розчинниками або розчиняти полярні або неполярні барвники, а також електричної провідності (для водного дисперсійного середовища електрична провідність на кілька порядків вище, ніж для неводної).

Емульсії мають широке поширення в природі та різних технологічних процесах. Велику роль грають емульсії у життєдіяльності людини, наприклад, кров становить емульсію, у якій дисперсною фазою є еритроцити.

Однотипність агрегатного стану двох суміжних фаз визначає особливості стійкості емульсій. Седиментаційна стійкість емульсій досить велика і тим більша, чим менша різниця в щільності дисперсної фази та дисперсійного середовища. На процес седиментації в емульсіях може накладатися процес флокуляції (агрегації), що призводить до укрупнення частинок і, отже, збільшення швидкості їх осідання (або спливання).

Агрегативна стійкість емульсій, як і всіх дисперсних систем, визначається їхньою ліофільністю або ліофобногог'ю. Більшість емульсій відноситься до ліофобних систем. Вони термодинамічно нестійкі і нс можуть утворюватися спонтанно через наявність надлишку вільної енергії на міжфазній поверхні. Ця нестійкість проявляється у мимовільному злитті крапель рідини один з одним (коалесценції), що може призвести до повного руйнування емульсії та поділу її на два шари. Агрегативна стійкість таких емульсій можлива лише у присутності стабілізатора, що перешкоджає злиттю частинок. Стабілізатором може бути компонент системи, що знаходиться в ній у надлишку, або речовина, що спеціально вводиться в систему, у цьому випадку стабілізатор називають емульгатором. Як емульгатори зазвичай використовуються поверхнево-активні або високомолекулярні речовини. Емульгатори можуть бути гідрофільними та гідрофобними. Найбільш поширеними гідрофільними емульгаторами є натрієві (калієві) солі жирних кислот, які краще розчиняються у воді, ніж у вуглеводнях. Вони здатні стабілізувати пряму емульсію типу М/В. Орієнтація адсорбційного шару ПАР відбувається відповідно до правила Ребіндера: неполярний радикал звернений до неполярної рідини, а полярна група – до полярної. В емульсіях прямого типу полярні частини емульгатора розташовуються на зовнішній стороні крапель олії та перешкоджають їх зближенню. Ці речовини в емульсіях зворотного типу адсорбуються полярними групами на внутрішній поверхні крапель води і не заважають їх злиттю (рис. 1.3).

Мал. 1.3.Розташування гідрофільного емульгатора в прямих (а)та зворотних ( 6 ) емульсіях

У певних умовах можливе явище, яке називається інверсією - зверненням фаз емульсії (або просто зверненням емульсії), коли при зміні умов або введення будь-яких реагентів, емульсія цього типу перетворюється на емульсію протилежного типу.

Отримання дисперсних систем пов'язане насамперед із отриманням дисперсних частинок. Потрібно вирішити такі завдання:

• 1) розподілити дисперсні частинки у дисперсійному середовищі до необхідної концентрації;
• 2) стабілізувати дисперсну систему, щоб зберегти її структуру та властивості протягом досить тривалого часу;
• 3) провести очищення дисперсної системи від різних домішок.

Ці завдання вирішують залежно від специфіки (типу) тієї чи іншої дисперсної системи.

Отримання дисперсних систем

Емульсії.Оскільки емульсії - грубодисперсні системи, їх зазвичай одержують диспергаційним методом. Рідини, які повинні утворити емульсію, інтенсивно перемішують або піддають дії механічних вібрацій або ультразвуку. Щоб отримати краплі однакового розміру (тобто монодисперсну систему), проводять гомогенізацію. Цей процес полягає у продавлюванні рідини дисперсної фази в дисперсійне середовище через невеликі отвори необхідного діаметра під великим тиском. Такий прийом використовують, наприклад, для обробки молока. Внаслідок гомогенізації середній розміркрапель жиру зменшується приблизно від 1-3 до 0,1-0,2 мкм.

Емульсії одержують також конденсаційними методами (зазвичай - заміною розчинника).

Самостійне завдання представляє отримання висококонцентрованих емульсій. До них відносять емульсії з концентрацією дисперсної фази понад 74 об. %, до 99 про. %. Краплі дисперсної фази в таких емульсіях, що мають форму багатогранних призм, розділені тонкими плівками рідкого дисперсійного середовища.

Концентровані емульсин можуть мати механічними властивостямитвердих тіл - міцністю та пружністю.

Специфіка приготування концентрованих емульсій полягає в тому, що дисперсна фаза вводиться в рідке рідке середовище дисперсійне невеликими порціями при інтенсивному перемішуванні.

Піни.Як і емульсії, піни - грубодисперсні системи. Тому в багатьох технологічних процесах піни отримують тими самими диспергаційними методами, які застосовують для отримання газових бульбашок.

Конденсаційні методи одержання пін засновані на пересиченні розчину газу в цій рідині при відповідній зміні температури або тиску. Використовують також хімічні реакції із виділенням газу. Як приклад наведемо реакцію, що лежить в основі приготування піни у вогнегасниках:

NaHCO 3 + HCl > NaCl + H 2 O+ СО 2 ^

Ще один конденсаційний метод одержання пін заснований на використанні мікробіологічних процесів.

Колоїдні розчини.Отримують колоїдні розчини (золі) різними методами конденсації. Для отримання високодисперсних золів необхідно забезпечити виконання наступної умови: швидкість утворення твердих частинок має багато разів перевищувати швидкість їх зростання. Щоб виконати цю умову, при отриманні дисперсних частинок за допомогою хімічних реакцій часто використовують такий спосіб: концентрований розчин одного компонента вливають у невеликій кількості сильно розбавлений розчин іншого компонента при дуже інтенсивному перемішуванні.

Гелі.Наведені вище системи є вільнодисперсними. Отримання зв'язнодисперсних систем має певну специфіку. Розглянемо як приклад отримання гелів. Зазвичай їх одержують із колоїдних розчинів (золів). За певних умов дисперсні частинки злипаються одна з одною - відбувається процес коагуляції.

Якщо частинки мають анізодіаметричну форму (стрижні, еліпсоїди), то вони з'єднуються переважно своїми кінцями і утворюють просторову структуру (сітку), в комірках якої знаходиться рідке дисперсійне середовище. Процес перетворення золів на гелі називають золь-гель-перехід.Він має важливе значенняу нанотехнології. Таким чином, гелі, як концентровані емульсії, іноді можуть бути біконтинуальними дисперсними системами.

Властивості гелів дуже ефективно регулюють, змінюючи концентрацію дисперсної фази та форму дисперсних частинок. Ще один важливий фактор - температура: її підвищення ускладнює утворення контактів між дисперсними частинками і тому знижується міцність гелів.

В основі конденсаційних методів лежать процеси виникнення нової фази шляхом з'єднання молекул, іонів або атомів у гомогенному середовищі. Ці методи можна поділити на фізичні та хімічні.

Фізична конденсація. Найважливіші фізичні методи отримання дисперсних систем - конденсація з пари та заміна розчинника. Найбільш наочним прикладомконденсації з пари є утворення туману. При зміні параметрів системи, зокрема при зниженні температури, тиск пари може стати вищим за рівноважний тиск пари над рідиною (або над твердим тілом) і в газовій фазі виникає нова рідка (тверда) фаза. В результаті система стає гетерогенною – починає утворюватися туман (дим). Таким шляхом отримують, наприклад, маскувальні аерозолі, що утворюються при охолодженні пари P2O5, ZnO та інших речовин. Ліозолі виходять у процесі спільної конденсації парів речовин, що утворюють дисперсну фазу та дисперсійне середовище на охолодженій поверхні.

Широко застосовують метод заміни розчинника, заснований, як і попередній, на такій зміні параметрів системи, при якому хімічний потенціал компонента в дисперсійному середовищі стає вищим за рівноважний і тенденція до переходу в рівноважний стан призводить до утворення нової фази. На відміну від методу конденсації пари (зміна температури), у методі заміни розчинника змінюють склад середовища. Так, якщо насичений молекулярний розчин сірки в етиловому спирті влити у великий обсяг води, то отриманий розчин спиртоводної суміші виявляється вже пересиченим. Пересичення призведе до агрегування молекул сірки з утворенням частинок нової фази – дисперсної.

Методом заміни розчинника отримують золі сірки, фосфору, миш'яку, каніфолі, ацетилцелюлози та багатьох органічних речовин, вливаючи спиртові або ацетонові розчини цих речовин у воду.

Хімічна конденсація. Ці методи також засновані на виділенні конденсаційної нової фази з пересиченого розчину. Однак на відміну від фізичних методів, Речовина, що утворює дисперсну фазу, з'являється в результаті хімічної реакції Таким чином, будь-яка хімічна реакція, що йде з утворенням нової фази, може бути джерелом отримання колоїдної системи. Як приклади наведемо такі хімічні процеси.

• 1. Відновлення. Класичний приклад цього методу - отримання золю золота відновленням золотохлористоводневої кислоти. Як відновник можна застосовувати пероксид водню (метод Зігмонді):
• 2HauCl2+3H2O22Au+8HCl+3O2

Відомі та інші відновники: фосфор (М. Фарадей), танін (В. Освальд), формальдегід (Р. Жигмонді). Наприклад,

• 2KauO2+3HCHO+K2CO3=2Au+3HCOOK+KHCO3+H2O
• 2. Окислення. Окисні реакції широко поширені в природі. Це пов'язано з тим, що при підйомі магматичних розплавів і відокремлюваних від них газів, флюїдних фаз і підземних вод усі рухомі фази проходять із зони відновлювальних процесівна великій глибині до зон окисних реакцій поблизу поверхні. Ілюстрацією таких процесів є утворення золю сірки в гідротермальних водах, з окислювачами (сірчистим газом або киснем):
• 2H2S+O2=2S+2H2O

Іншим прикладом може служити процес окислення та гідролізу гідрокарбонату заліза:

4Fe(HCO3)2+O2+2H2O4Fe(OH)3+8CO2

Золь гідроокису заліза, що виходить, повідомляє червоно-коричневе забарвлення природним водам і є джерелом іржаво-бурих зон відкладень у нижніх шарах грунту.

• 3. Гідроліз. Широке поширення в природі і важливе значення у техніці має утворення гідрозолів у процесах гідролізу солей. Процеси гідролізу солей застосовують для очищення стічних вод (гідроксід алюмінію, що отримується гідролізом сульфату алюмінію). Висока питома поверхня колоїдних гідроксидів, що утворюються при гідролізі, дозволяє ефективно адсорбувати домішки - молекули ПАР та іони важких металів.
• 4. Реакція обміну. Цей метод найчастіше зустрічається практично. Наприклад, отримання золю сульфіду миш'яку:
• 2H3AsO3+3H2SAs2S3+6H2O,

одержання золю йодиду срібла:

AgNO3+KIAgI+KNO3

Цікаво, що реакції обміну дають можливість одержувати золі в органічних розчинниках. Зокрема, добре вивчено реакцію

Hg(CN)2+H2SHgS+2HCN

Її проводять, розчиняючи Hg(CN)2 у метиловому, етиловому або пропіловому спирті і пропускаючи через розчин сірководень.

Добре відомі в аналітичній хімії реакції, як, наприклад, одержання опадів сульфату барію або хлориду срібла

Na2SO4 + BaCl2 BaSO4 + 2NaCl

AgNO3 + NaCl AgCl + NaNO3

в певних умовах призводять до одержання майже прозорих, злегка мутних золів, з яких надалі можуть випадати опади.

Таким чином, для конденсаційного одержання золів необхідно, щоб концентрація речовини в розчині перевищувала розчинність, тобто. розчин має бути пересиченим. Ці умови є загальними як освіти високодисперсного золя, і звичайного осаду твердої фази. Однак, у першому випадку потрібно дотримання особливих умов, які, згідно з теорією, розробленою Веймарном, полягає в одночасності виникнення величезної кількості зародків дисперсної фази. Під зародком слід розуміти мінімальне скупчення нової фази, що у рівновазі з довкіллям. Для отримання високодисперсної системи необхідно, щоб швидкість утворення зародків була набагато більшою, ніж швидкість зростання кристалів. Практично це досягається шляхом вливання концентрованого розчину одного компонента дуже розбавлений розчин іншого при сильному перемішуванні.

Золі утворюються легше, якщо в процесі їх отримання розчини вводять спеціальні сполуки, звані захисними речовинами, або стабілізаторами. Як захисні речовини при отриманні гідрозолів застосовують мила, білки та інші сполуки. Стабілізатори використовують і для отримання органозолей.