Преднебесен лазур Светлана Замлелова 25 април 2013 г. 0 Култура Андрей Тарковски и руската идея Няма какво дори да се каже, че руската идея не е експ[?]пан[?]сия и не е им[?]пе[? ]ри[ ?]а[?]изъм. Ф.М. До[?]сто[?]ев[?]ски, изпод пе[?]па[?]то[?]ро[?]и излезе [?]му[?]ла руска[?]

LAPIS LAZUR (ЛАЗУРИТ)

LAPIS LAZUL (LAZURITE) Лапис лазули работи главно с физическите и астралните сърдечни енергийни центрове. Потокът от енергия по енергийните меридиани се втурва към енергийните центрове (чакрите) и след това се стимулира от лапис лазули, който отваря

БЕРЛИНСКИ АЗУР.Прекрасна синя боя с такова поетично име се появи в Германия преди около двеста години. Точна информация за времето и автора на откриването му не е запазена: няма научни публикации за него, а методът за получаване на новото вещество се пази в тайна. Смята се, че пруското синьо е получено случайно в началото на 18 век. в Берлин от бояджия Дайсбах. В производството си той използва поташ (калиев карбонат K 2 CO 3) и един ден разтвор на поташ неочаквано дава красив син цвят с железни соли. При проверка се оказва, че поташът от тази партида е бил предварително калциниран в съд с волска кръв. Утайката, която този поташ даде с железни соли, след изсушаване беше тъмносиня маса с червеникаво-меден метален блясък. Опитът да се използва това вещество за боядисване на тъкани беше успешен. Боята беше сравнително евтина, неотровна, устойчива на слаби киселини и най-важното - имаше изключително интензивен цвят. Например, за да се получи синя боя, беше достатъчно да се вземе само една част от новия пигмент за 200 части бяло, т.е. девет пъти по-малко от традиционния ултрамарин. Новата боя, наречена пруско синьо и обещаваща големи ползи за своите собственици, бързо замени стария ултрамарин, използвана в боядисването и печатането, за производството на синьо мастило, маслени и акварелни бои, а когато се смесва с жълти пигменти, широк; може да се получи гама от зелени цветове. Не е изненадващо, че методът за получаване на пруско синьо дълго време се пазеше в тайна.

Тайната е разкрита две десетилетия по-късно от английския лекар, естествоизпитател и геолог Джон Удуърд. Сега всеки можеше да получи боята: за да се направи това, беше необходимо да се калцинира суха кръв, получена от кланици, с калиев карбонат, да се обработи стопилката с вода, да се добави железен сулфат с калиева стипца към разтвора и накрая сместа да се третира със солна киселина . По-късно френският химик Пиер Жозеф Макьор открива, че вместо кръв могат да се използват останки от рога, кожа, козина и други животни, но какво се е случило в този случай остава неясно.

Механизмът на химичните процеси, водещи до образуването на пруското синьо, става ясен в общи линии много по-късно, през 19 век, благодарение на работата на много учени, сред които е най-известният немски химик Юстус Либих. Животинските останки, и това вече беше добре известно, съдържат азот и сяра. За да се получи багрилото, калиевият карбонат започва да се калцинира при висока температурав големи чугунени съдове, в които също са специално добавени железни стружки или талаш. При тези условия калиевият карбонат се превръща частично в калиев цианид, а сярата произвежда сулфид с желязо. Ако обработвате такава стопилка топла вода, тогава калиевият цианид ще реагира с железен сулфид и ще се образува разтвор на жълта кръвна сол (калиев хексацианоферат(II)): 6KCN + FeS ® K 4 + K 2 S. Използването на животински остатъци в този процес обяснява тривиалното име ( cm. ТРИВИАЛНИ НАИМЕНОВАНИЯ НА ВЕЩЕСТВА) на това сложно съединение на желязото - "кръвна сол"; Немски химик от 18 век. Андреас Сигизмунд Марграф го нарече „луга, запалена от волска кръв“. И в името "цианид" е използван гръцки корен (от гръцки kyanos - син, лазурен). Впоследствие са разработени „безкръвни“ методи за производство на пруско синьо.

По-нататъшните операции за получаване на пруско синьо бяха доста прости и лесни за възпроизвеждане на базата на жълта кръвна сол. Ако към неговия горещ воден разтвор се добави разтвор на железен сулфат, ще се образува бяла утайка, която бързо става синя във въздуха в резултат на окисление от атмосферния кислород. За ускоряване на окисляването се използва също хлор или азотна киселина. Още по-лесно беше да се получи пруско синьо чрез директно смесване на разтвори на жълта кръвна сол и Fe 3+ соли. В този случай не е необходимо да се извършва допълнително окисление.

В зависимост от метода на провеждане на тази реакция, багрилото се получава или под формата на неразтворима утайка, или под формата на колоиден разтвор, който се получава например чрез промиване на утайката с голямо количество вода или в наличието на оксалова киселина. Колоидният разтвор е наречен "разтворимо пруско синьо". Багрилото имаше и други имена. Така пречистеното вещество през 19в. се продава под името „Парижко синьо“, сместа му с жълта боя се нарича „пруско зелено“, а чрез калциниране се получава „изгоряло пруско синьо“ - червеникаво-кафяв прах, малко по-различен по състав от обикновения железен оксид Fe 2 O 3. Могат да се намерят и други търговски наименования на пруското синьо: пруско синьо, желязно синьо, хамбургско синьо, найблау, милори и други, но всички те основно съдържат едно и също вещество.

С течение на времето обаче стана ясно, че боите на базата на пруско синьо не са толкова добри, колкото изглеждаха в началото: те са много нестабилни по отношение на алкали, под въздействието на които се разлагат с отделянето на железен хидроксид Fe (OH) 3 , поради което не са подходящи за бои с алкална реакция, както и за боядисване върху варова мазилка. Следователно в момента пруското синьо има само ограничена практическа употреба - използва се например за производство на печатарско мастило, синя карбонова хартия и тониране на безцветни полимери като полиетилен. Но самата реакция за образуване на пруско синьо се използва успешно в аналитичната химия повече от 200 години. Още през 1751 г. А. С. Маргграф, използвайки тази чувствителна реакция, открива желязото в различни съединения на алкалоземни метали, открити в природата: варовик, флуорит, корали, кости и дори ... в камъни в жлъчкатабикове И през 1784 г. ирландският химик Ричард Кируан за първи път предложи използването на воден разтвор на калиев хексацианоферат(II) с точно известна концентрация като стандартен разтвор за определяне на желязо.

През 1822 г. немският химик Леополд Гмелин получава червена кръвна сол K3 чрез окисляване на жълта кръвна сол с хлор (за разлика от „жълтата сол“, тя съдържа желязо в степен на окисление +3). Преди това вещество се наричаше сол на Гмелин или сол за червено боядисване. Оказа се, че разтвор на тази сол също произвежда вещество, оцветено в наситено синьо, но само при реакция с Fe 2+ соли. Реакционният продукт беше наречен синьо на Търнбул (преди това пишеха и „Търнбул“, и „Търнбул“, а в Основи на химиятаД. И. Менделеев и в енциклопедията на Брокхаус и Ефрон можете да намерите „Търнбул синьо“). Това „синьо“ е получено за първи път едва след откриването на Гмелин и е кръстено на един от основателите на компанията „Артър и Търнбул“, която в края на 18 век. се занимаваше с производство на химически продукти за боядисващи в едно от покрайнините на Глазгоу (Шотландия). Известният английски химик Уилям Рамзи, откривател на инертни газове, носител на Нобелова награда, предполага, че Turnbull blue е открит от неговия дядо, потомствен бояджия и партньор на компанията Arthur and Turnbull.

от външен вид Turnboole blue е много подобно на пруското синьо и може да се произвежда в неразтворими и разтворими (колоидни) форми. Този синтез не намери особено приложение, тъй като червената кръвна сол е по-скъпа от жълтата. Като цяло, в продължение на много години ефективността на метода за получаване на "кръвни соли" беше много ниска. При калциниране на органични остатъци азотът, съдържащ се в протеините и нуклеиновите киселини, се губи под формата на амоняк, летлива циановодородна киселина, различни органични съединения и само 10–20% от него преминава в реакционния продукт - K4. Този метод обаче остава единственият в продължение на почти 150 години, до 1860-те години, когато се научават да изолират цианидни съединения от газове от доменни пещи и коксови пещи.

Комплексните железни фероцианиди са намерили широко приложение за качествен анализ на разтвори за наличие дори на много малки количества Fe 2+ и Fe 3+ йони: син цвят може да се види дори ако един литър разтвор съдържа само 0,7 mg желязо! Съответните реакции са дадени във всички учебници по аналитична химия. Преди (а понякога и сега) те бяха написани така: реакция към Fe 3+ йони: 4FeCl 3 + 3K 4 ® Fe 4 3 + 12KCl (образува се пруско синьо); реакция към Fe 2+ йони: 3FeCl 2 + 2K 3 ® Fe 3 2 + 6KCl (образува се Turnboole blue). Въпреки това през 20в. беше установено, че пруското синьо и синьото на Turnbull са едно и също вещество! Как се получава и какъв е съставът му?

Още през 19 век. в резултат на множество химични анализи беше показано, че съставът на продуктите може да зависи както от съотношението на изходните реагенти, така и от метода на провеждане на реакцията. Ясно е, че определянето само на елементния състав на багрилата няма да отговори на въпроса какво всъщност се получава от взаимодействието на железни йони с различни степени на окисление с два калиеви хексацианоферата. Наложи се прилагането на съвременни методи за определяне на състава на неорганичните съединения. В този случай бяха изследвани главно разтворими форми на двете багрила от състава на KFe, които бяха по-лесни за пречистване. Когато магнитните моменти бяха измерени през 1928 г. и рентгеновите дифракционни модели на праховете бяха получени през 1936 г., стана ясно, че пречистеното пруско синьо и Turnboole blue са наистина едно и също съединение, което съдържа два вида железни атоми в различни степени на окисление , +2 и +3 . По това време обаче беше невъзможно да се разграничат структурите на KFe II и KFe III и по този начин да се установи истинската структура на веществото. Това е възможно едва през втората половина на 20 век. с помощта на съвременни физикохимични методи на изследване: оптична спектроскопия, инфрачервена спектроскопия и гама-резонансна (Мьосбауер) спектроскопия. IN последният случайСпециално са получени седименти, белязани с железни нуклиди 57Fe. В резултат на това беше установено, че в различни железни цианиди Fe II атомите са заобиколени от шест въглеродни атома, а в непосредствена близост до Fe III атомите има само азотни атоми. Това означава, че шестте цианидни йона в багрилото винаги са свързани с атоми на желязо(II), т.е. правилните формули са KFe III за разтворимата форма и Fe 4 III 3 за неразтворимата форма на „лазурно“ или „синьо“ , независимо дали са получени те са направени от FeCl 2 и K 3 или от FeCl 3 и K 4.

Как могат да се обяснят тези резултати? Оказва се, че при производството на Turnbull blue, когато се смесват разтвори, съдържащи Fe 2+ и 3– йони, възниква редокс реакция; тази реакция е най-простият от всички редокс процеси, тъй като по време на нея няма движение на атоми, а просто един електрон от йона Fe 2+ отива към йона 3– и в резултат се получават йони Fe 3+ и 4 . Неразтворимата форма на пруското синьо поднесе друга изненада: тъй като е полупроводник, когато се охлади много силно (под 5,5 K), то се превръща във феромагнетик - уникален имотсред металните координационни съединения.

Какви реакции се случиха при стария метод за производство на пруско синьо? Ако смесите разтвори на железен сулфат и жълта кръвна сол в отсъствието на окислители, ще получите бяла утайка - сол на Everitt, чийто състав съответства на формулата K 2 Fe II. Тази сол се окислява много лесно и затова бързо посинява дори във въздуха, превръщайки се в пруско синьо.

Преди въвеждането на съвременната номенклатура на неорганичните съединения много от тях имаха много имена, които лесно можеха да бъдат объркани. По този начин, вещество с формула K 4 се нарича жълта кръвна сол, калиев железен сулфид, калиев фероцианид и калиев хексацианоферат (II), докато K 3 се нарича червена кръвна сол, или калиев железен сулфид, или калиев ферицианид, или хексацианоферат ( III).калий Съвременната систематична номенклатура използва фамилните имена във всяка серия.

И двете кръвни соли понастоящем са включени в преобразувателите на ръжда (те превръщат продуктите от корозия в неразтворими съединения). Червените кръвни соли се използват като лек окислител (например при липса на кислород фенолите се окисляват до свободни ароксилни радикали); като индикатор при титруване, във фотографски състави и като реагент за откриване на литиеви и калаени йони. Жълтата кръвна сол се използва в производството на цветна хартия, като компонент на инхибиторни покрития, за цианиране на стомана (в същото време нейната повърхност е наситена с азот и подсилена), като реагент за откриване на цинкови и медни йони. Редокс свойствата на тези съединения могат да бъдат демонстрирани в това интересен пример. Жълтата кръвна сол лесно се окислява до червено с разтвори на водороден пероксид: 2K 4 + H 2 O 2 + 2HCl ® 2K 3 + 2KCl + 2H 2 O. Но се оказва, че с помощта на същия реагент можете отново да възстановите червената сол до жълто (макар и този път - в алкална среда): 2K 3 + H 2 O 2 + 2KOH ® 2K 4 + 2H 2 O + O 2. Последната реакция е пример за така нареченото редуктивно разлагане на водороден пероксид под въздействието на окислители.

Иля Леенсън

Едно от епохалните събития в историята на съвременните бои е световноизвестното изобретение - пруското синьо. Днес за година на производство се приема 1704 г., а изобретател е бояджият от Берлин Бийсбах. Откриването му направи възможно получаването на наистина богат и изразителен син цвят, който без съмнение веднага спечели голяма популярност и уважение не само сред художниците, но и сред шивачите и строителите.

С появата си пруското синьо предоставя широки възможности за различни области на занаятчийството: от производителите на мебели до архитектите.

Несъмнено името, дадено на този нюанс, най-добре описва съдържанието му. Наистина, по отношение на дълбочината на тона, оригиналността, наситеността и яркостта, той наистина има много общо с лазурния, но може да се нарече по-спокоен и балансиран. Цветът наистина се превърна в „визитната картичка“ на Берлин на своето време, който тогава се отличаваше със своята студена и мрачна атмосфера в съвършенството на образи и форми.

Това със сигурност е най-яркият нюанс, който някога би бил свързан с елита и аристокрацията, поради което пруското синьо е идеалният тон за хола, който придобива много богат и представителен вид с него. Несъмнено поради факта, че тази боя има доста сдържана яркост, носеща мир, както и комфорт и мир, този цвят ще стане най-доброто решениеза декориране на спални, докато строгостта и възвишеността ще направят интериора на всеки офис или например библиотека по-солиден и впечатляващ. Както вече споменахме, използването на пруско синьо се използва широко в строителството; днес е станало много популярно за декориране на прозорци. И това е разбираемо, защото пруското синьо е отлична боя за стъкло, а не само за стени или мебели.

Днес има бои, които често могат да бъдат объркани с този нюанс. Например Turnboole blue. Въпреки това, той има редица свои собствени характеристики, които често са значително различни от пруското синьо. Наистина, благодарение на своите деликатни и уникални нюанси, той хармонира много добре с почти всички други нюанси. Модел, направен в цвета на зелен чай или, да речем, мента на фона на пруско синьо, може да придаде невероятна свежест на стаята. Ако за създаване на интериор е необходимо той да има по-изискан и аристократичен вид, възможно е да добавите меко розово. За ефектен и закачлив интериор добавете сомон, а лимоново-кремавият тон ще ви позволи малко да охладите атмосферата. За подчертаване е възможно да се комбинира с приглушени крушови или кафе-млечни цветове. Интересът се създава чрез внасяне на комбинации с оранжеви, тюркоазени или аквамаринени цветове в интериора.

Като цяло нюансът, изобретен някога в Берлин от бояджия Biesbach, все още има огромен успех днес, защото може радикално да промени познатия интериор и декор на съвременността.

(CN)6] до Fe43. Turnboole blue, получено по други методи, за което може да се очаква формулата Fe 3 2, всъщност е същата смес от вещества.

Енциклопедичен YouTube

1 / 3

✪ Желязо и неговите съединения

✪ Как да нарисувате нощен град от художника Джеръми Ман

✪ Определяне на азот в органични съединения

субтитри

История и произход на името

Точната дата на получаване на пруското синьо не е известна. Според най-разпространената версия той е получен в началото на осемнадесети век (1706 г.) в Берлин от бояджия Дисбах. В някои източници той се нарича Йохан Якоб Дисбах (на немски: Johann Jacob Diesbach). Интензивният ярко син цвят на съединението и местоположението на произхода му дават основание за името. СЪС модерна точкаСпоред мнението, производството на пруско синьо се състои от утаяване на желязо (II) хексацианоферат (II) чрез добавяне на железни (II) соли (например „железен сулфат“) към „жълтата кръвна сол“ и последващо окисление до желязо (III) хексацианоферат (II). Възможно е да се направи без окисляване, ако желязните (III) соли се добавят незабавно към „жълтата кръвна сол“.

Под името „Парижко синьо“ навремето беше предложено пречистено „пруско синьо“.

разписка

Методът на приготвяне се пази в тайна до публикуването на метода на производство от англичанина Удуърд през 1724 г.

Пруско синьо може да се получи чрез добавяне на соли на тривалентно желязо към разтвори на калиев хексацианоферат (II) („жълта кръвна сол“). В този случай, в зависимост от условията, реакцията може да протече съгласно уравненията:

Fe III Cl 3 + K 4 → KFe III + 3KCl,

или в йонна форма

Fe 3+ + 4− → Fe −

Полученият калиев железен (III) хексацианоферат (II) е разтворим и затова се нарича "разтворимо пруско синьо".

В структурната диаграма на разтворим пруски син (кристален хидрат от типа KFe III H 2 O), атомите Fe 2+ и Fe 3+ са разположени в кристална решеткаса от един и същи тип, но по отношение на цианидните групи те са неравностойни, преобладаващата тенденция е да бъдат разположени между въглеродните атоми, а Fe 3+ - между азотните атоми.

4Fe III Cl 3 + 3K 4 → Fe III 4 3 ↓ + 12KCl,

или в йонна форма

4Fe 3+ + 3 4− → Fe III 4 3 ↓

Получената неразтворима (разтворимост 2⋅10 −6 mol/l) утайка от желязо (III) хексацианоферат (II) се нарича "неразтворимо пруско синьо".

Горните реакции се използват в аналитичната химия за определяне на наличието на Fe 3+ йони

Друг метод е да се добавят соли на двувалентно желязо към разтвори на калиев хексацианоферат (III) („червена кръвна сол“). Реакцията протича и с образуването на разтворими и неразтворими форми (виж по-горе), например, съгласно уравнението (в йонна форма):

4Fe 2+ + 3 3− → Fe III 4 3 ↓

Преди това се смяташе, че това води до образуването на желязо (II) хексацианоферат (III), тоест Fe II 3 2, точно това е формулата, предложена за „Turnboole blue“. Сега е известно (вижте по-горе), че Turnboole blue и Prussian blue са едно и също вещество и по време на реакцията електроните се прехвърлят от Fe 2+ йони към хексацианоферат (III) йон (валентно пренареждане на Fe 2+ + към Fe 3 + + протича почти мигновено; обратната реакция може да се проведе във вакуум при 300 °C).

Тази реакция също е аналитична и съответно се използва за определяне на Fe 2+ йони.

При древния метод за производство на пруско синьо, когато се смесват разтвори на жълта кръвна сол и железен сулфат, реакцията протича съгласно уравнението:

Fe II SO 4 + K 4 → K 2 Fe II + K 2 SO 4.

Получената бяла утайка от калиево-железен (II) хексацианоферат (II) (сол на Еверит) бързо се окислява от атмосферния кислород до калиево-железен (III) хексацианоферат (II), тоест пруско синьо.

Свойства

Термичното разлагане на пруското синьо следва следните схеми:

при 200 °C:

3Fe 4 3 →(t) 6(CN) 2 + 7Fe 2

при 560 °C:

Fe 2 →(t) 3N 2 + Fe 3 C + 5C

Интересно свойство на неразтворимата форма на пруското синьо е, че тъй като е полупроводник, когато се охлади много силно (под 5,5 K), то се превръща във феромагнетик - уникално свойство сред металните координационни съединения.

Приложение

Като пигмент

Цветът на желязното синьо се променя от тъмносин до светлосин с увеличаване на съдържанието на калий. Интензивният ярко син цвят на пруското синьо вероятно се дължи на едновременното присъствие на желязо в различни степени на окисление, тъй като присъствието на един елемент в различни степени на окисление в съединенията често води до появата или усилването на цвета.

Тъмният лазур е твърд, трудно се намокря и разпръсква, глазира в боите и при изплуване дава огледално отражение на жълто-червени лъчи („бронзиране“).

Желязна глазура, благодарение на добрата си покривност и красива син цвятсе използва широко като пигмент за производството на бои и емайллакове.

Използва се и в производството на печатарски мастила, синя въглеродна хартия и оцветяване на безцветни полимери като полиетилен.

Използването на желязна глазура е ограничено от нейната нестабилност по отношение на основи, под въздействието на които се разлага с отделяне на железен хидроксид Fe (OH) ₃. Не може да се използва в композитни материали, съдържащи алкални компоненти, и за боядисване върху варова мазилка.

В такива материали органичният пигмент фталоцианин синьо обикновено се използва като син пигмент.

Лекарство

Използва се и като антидот (таблетки Ferrocin) при отравяне с талиеви и цезиеви соли, за свързване на радиоактивни нуклиди, навлизащи в стомашно-чревния тракт и по този начин предотвратяване на тяхното усвояване. ATX код V03AB31. Фармакопейното лекарство Ferrocin е одобрено от Фармацевтичния комитет и Министерството на здравеопазването на СССР през 1978 г. за употреба при остро отравяне на хора с изотопи на цезий. Фероцинът се състои от 5% калиево-железен хексацианоферат KFe и 95% железен хексацианоферат Fe43.

Ветеринарно лекарство

За рехабилитация на земи, замърсени след аварията в Чернобил, е създаден ветеринарен препарат на базата на медицински активен компонент Фероцин-Бифеж. Вписан в Държавния регистър лекарстваза ветеринарномедицинска употреба под номер 46-3-16.12-0827 № ПВР-3-5.5/01571.

Други приложения

Преди мокрото копиране на документи и чертежи да бъде заменено със сухо копиране, пруското синьо е основният пигмент, произвеждан в процеса. фотокопиране(т.нар. „посиняване“, цианотипен процес).

В смес с мазни материали се използва за контрол на плътността на повърхностите и качеството на обработката им. За да направите това, повърхностите се търкат с определената смес, след което се комбинират. Останки от неизтрита синя смес показват по-дълбоки места.

Използва се и като комплексообразуващ агент, например за производство на прусиди.

През 19 век той е бил използван в Русия и Китай за оцветяване на спящи чаени листа, както и за преоцветяване на черен чай в зелено.

Токсичност

Не е токсично вещество, въпреки че съдържа цианидния анион CN−, тъй като е здраво свързан в стабилния сложен хексацианофератен 4− анион (константата на нестабилност на този анион е само 4⋅10−36).

3 K 4 + 4FeCl 3 → Fe 4 3 ↓ + 12KCl

Ако вземем комплексната сол K4 в излишък, тогава йоните, определящи потенциала, ще бъдат 4– йони, а противойоните ще бъдат –K +. В този случай гранулата ще има отрицателен заряд:

(m 3 ]n 4– (4n–x)K + ) – x xK +

При получаване на този зол при условия на излишък на FeCl 3, потенциалоопределящите йони ще бъдат Fe 3+ йони, а –Cl – йони ще станат противойони. Гранулата ще придобие положителен заряд:

(m 3 ]nFe 3+ (3n–x)Cl – ) + x xCl –

2. Получаване на зол на железен (III) хидроксид чрез хидролиза на FeCl3.

FeCl 3 + 3H 2 OFe(OH) 3 ↓ + 3HCl

Част от получения Fe(OH)3 ще реагира със солна киселина при реакционните условия:

Fe(OH) 3 + HCl → FeOCl + 2 H 2 O

В това отношение FeOCl ще действа като стабилизатор:

FeOCl↔FeO + +Cl –

защото железен (III) хлорид е напълно изразходван, тогава потенциалоопределящите йони ще бъдат FeO +, т.к. Именно те, а не Fe 3+ йони, ще присъстват в излишък в разтвора.

Формулата на мицела (фиг. 60а) ще бъде написана, както следва:

(m nFeO + (n – x) Cl – ) +x xCl –

3. Получаване на As2s3 зол:

2H 3 AsO 3 + 3H 2 S → As 2 S 3 ↓ + 6 H 2 O

Двуосновната хидросулфидна киселина е слаб електролит, в разтвор се дисоциира главно в първия етап

H 2 S↔HS – +H + ,

следователно потенциалоопределящите йони в този случай ще бъдат HS – йони. В тази връзка формулата на получения мицел (фиг. 60b) може да бъде представена, както следва:

(mn HS – (n – x) H + ) –x xH +

ориз. 60. Структурна схема: а– мицели на железен (III) хидроксид; b – мицели на арсенов сулфид m – брой молекули, образуващи ядрото; δ – адсорбционен слой (плътен); – дифузен слой от противойони

Като пример за образуването на DES чрез повърхностна дисоциация можем да разгледаме структурата на мицел на силициева киселина, някои от молекулите на която, намирайки се на повърхността на ядрото, се дисоциират съгласно уравнението:

H 2 SiO 3 ↔H + +HSiO 3 –

Освен това йоните HSiO 3 –, плътно свързани с ядрото, са потенциалоопределящи. Ролята на противойони играят подвижните Н + йони, които са разпределени както в адсорбционния, така и в дифузния слой (фиг. 61). Схематичната структура на колоидна частица от даден зол може да бъде представена по следния начин:

(mn HSiO 3 – (n – x) H + ) xH +

ориз. 61. Дисоциация на повърхностни силанолни групи

Трябва да се отбележи, че мицелите в золите нямат строго определен състав и имат по-сложна структура, която предложените от нас формули отразяват със значителна степен на условност. Независимо от това, те позволяват много свойства на золите да бъдат интерпретирани както качествено, така и количествено и следователно представляват известен интерес.

Електрокинетични свойства на золите

Доказателство, че колоидните частици в золите се състоят от две противоположно заредени части, способни да се движат една спрямо друга, може да се получи чрез излагане на дисперсната система на външно електрическо поле.

Това явление е наблюдавано за първи път през 1809 г. от професора на Московския университет Ф. Рейс (фиг. 62). В неговите експерименти две стъклени тръби без дъно (2) бяха вкарани в парче мокра глина (1), в което се наля вода до същото ниво. Електродите бяха спуснати в тръбите и свързани към съответните полюси на източника на постоянен ток. След известно време, под въздействието на електрическо поле, глинените частици, откъсвайки се от повърхността, започват да се движат в стъклена тръба с положително зареден електрод (3), образувайки ясно видима суспензия в нея (под формата на мътност ) (фиг. 62). Това показва, че самите частици глина са отрицателно заредени.

ориз. 62. Инсталационна схема за електрофореза и електроосмоза

Нивото на течността в тръбата с глинени частици намалява, но във втората тръба (с отрицателно зареден електрод) (4), напротив, се повишава със стойността h(5). Самата течност остава прозрачна и, очевидно, придобива положителен заряд.

При по-нататъшно изследване на тези явления беше открито, че те са характерни за много колоидни дисперсни системи.

Движението на твърди частици от дисперсната фаза във външно електрическо поле към един от електродите се наричаелектрофореза.

Съответно се нарича движението на течна дисперсионна среда към противоположно зареден електрод електроосмоза.

И двете тези явления спадат към т.нар електрокинетични явленияи наблюдава се при възникване на потенциална разлика в дисперсна система .

Последващите изследвания показаха, че електрокинетични явления в золите се наблюдават не само когато те са въведени във външно електрическо поле. През 1859 г. Куинке открива, че потенциална разлика в дисперсните системи възниква, когато водата се избутва механично през пореста диафрагма или през капиляр, т.е. когато дисперсионната среда се движи спрямо неподвижната дисперсна фаза (фиг. 63а). Това затруднява изтичането на течността.

ориз. 63. Инсталационни схеми за мониторинг: a – потенциал на оттичане b – потенциал на утаяване

Това явление (обратно на електроосмозата) се нарича ефект на потокаили ефект на потока, а получената потенциална разлика е потенциал на потока.

През 1878 г. Дорн открива друго електрокинетично явление, което се състои при възникване на потенциална разлика при механичното движение на твърдите частици спрямо неподвижната течна фаза(например, когато песъчинки се утаят във водата) (фиг. 63b). Това явление е обратното на електрофорезата и се нарича седиментационен ефект;седиментационен потенциал.

Образуването на поток и седиментационни потенциали се наблюдава в индустрии, в които се транспортират течности (изпомпване на технологични разтвори, течни горива), утаяване на суспензии и емулсии по време на фазовото разделяне. В краищата на тръбопроводите и апаратите възникват големи потенциални разлики, които често причиняват искрови разряди, които причиняват пожари и експлозии.

Електрокинетичните явления могат да се обяснят със съществуването на дисперсна фаза на двоен електрически слой върху повърхността на частиците, т.е. появата на потенциална разлика между гранулата и дифузния слой на мицела.

Тъй като в този случай гранулите в пепелта имат заряди от същия знак, а техните дифузни слоеве имат заряди от различен знак, тогава под въздействието на външно електрическо поле тези компоненти на мицела започват да се движат един спрямо друг (фиг. 64).

ориз. 64. Схема на движение на гранула и дифузен слой на мицела във външно електрическо поле

Например, ако една гранула е отрицателно заредена, тогава във външно електрическо поле тя ще се придвижи към анода; положително заредените противойони на дифузния слой заедно с техните хидратни обвивки ще се натрупат близо до катода.

Когато твърдата и течната фаза на мицелите се движат една спрямо друга, тяхното плъзгане и разкъсване става не по повърхността на гранулата, а на известно разстояние от нея, извън адсорбционния слой по равнината АВ (фиг. 65). Следователно противойоните, разположени в адсорбционния слой, ще бъдат неподвижни спрямо гранулата и по време на електрофореза ще започнат да се движат с нея, като влачат своите хидратационни черупки със себе си. Потенциалът, възникващ върху плъзгащата равнина, е дзета потенциал (ζ-потенциал); той определя скоростта на движение на гранулата и дифузния слой един спрямо друг, когато се прилага електрическо поле, т.е. е причина за електрокинетични явления. В тази връзка той получи второто си име - електрокинетичен потенциал.

Фигура 65. Структура на двойния електрически слой: 1 – йони, определящи потенциала; 2 – адсорбционен слой от противойони; 3 – дифузен слой от противойони; AB – плъзгаща се равнина

Чрез измерване на скоростта на движение на заредени гранули във външно електрическо поле е възможно да се изчисли стойността на техния ζ-потенциал и по този начин да се оцени нивото на стабилност на зола.

Появата на перколационен (поточен) потенциал се обяснява с факта, че движеща се течност носи йони от дифузен слой колоидни частици, разположени в неподвижна твърда среда, и по този начин се оказва носител на електрически заряд, като в резултат на което в него възниква ток, наречен ток на протичане.

Седиментационният потенциал се формира поради факта, че по време на процеса на отлагане йоните на дифузния слой, поради молекулно триене и разлики в масата, изостават от по-тежките движещи се гранули. В този случай различни части на системата придобиват електрически заряди с противоположни знаци.

Явленията електрофореза и електроосмоза се използват широко в промишлеността, биологичните изследвания и медицината.

Електрофоретичното отлагане на золи върху метални повърхности се използва за нанасяне на защитни и декоративни покрития. Ето как се получават трайни и красиво оцветени повърхности чрез електрофоретично отлагане на бои и лакове, електроизолационни каучукови филми чрез отлагане на каучукови частици от неговите водни дисперсии и филми от оксиди на алкалоземни метали върху волфрамови нишки на радиолампи. Електрофорезата се използва за почистване на дим във фабрични комини от частици сажди и прах.

Методът на електроосмоза има голямо практическо приложение в процесите на дехидратация и сушене на порести материали, седименти или концентрирани (кашасти) колоидни системи. За тази цел се използват например специални електрофилтри - преси (фиг. 66).

ориз. 66. Схема на сушене по електроосмозен метод

Основната част от тях е представена от 2 метални пластини (П), разположени една над друга хоризонтално. Долната плоча има много дупки. Кашестата маса, която трябва да се дехидратира, се поставя между тези плочи, които са свързани към различни полюси на източник на постоянен ток.

В този случай горната плоча трябва да има заряд, който съвпада по знак със заряда на дифузния слой от колоидни частици, а долната трябва да има противоположен знак. Благодарение на електроосмозата течността се втурва към долната плоча и се отстранява през нейните отвори.

Електроосмозата се използва широко за понижаване нивото на подземните води и за отводняване на глинести седиментни слоеве (фиг. 67). Частиците от колоидни диспергирани почви са заредени, като правило, отрицателно. Ако в такава почва се вкарат два метални електрода, единият от които (отрицателно зареден) се спусне в специално пробит кладенец (1), тогава водата под въздействието на електрическо поле ще се премести в кладенеца, откъдето може да се изпомпва със специални помпи.

ориз. 67. Схема на инсталация за обезводняване на почвата по метода на електроосмозата: 1 – кладенец с вмъкнат в него метален филтър; 2 – дълбока помпа; 3 – DC генератор; 4 – метален прът

Електрофорезата е ефективни средстваза изследване на фракционния състав на сложни биологични течности (особено кръв), съдържащи протеинови молекули, ензими, вируси, бактерии и различни други клетъчни структури (кръвни клетки). Всички тези частици в биологичните течности, като правило, имат отрицателен заряд с различни размери. Следователно те ще имат различна електрофоретична подвижност във външно електрическо поле и могат да бъдат разделени на различни фракции.

В медицината по този начин се получават електроферограми на протеини в кръвния серум за диагностика и проследяване на развитието на заболяванията. Те имат специфични разлики за всяко заболяване в сравнение с тези при здрави организми.

Електрофоретичните методи се използват широко в имунологичните изследвания (по-специално за оценка на клетъчния имунитет при пациенти с рак) и за определяне на изоелектричната точка на протеините.

Във фармацевтичната индустрия електрофорезата се използва за пречистване на лекарства, изолирани от животински и растителни клетки, както и за контрол на степента на тяхната чистота и хомогенност.

В практическата медицина електрофоретичният метод за локално приложение на лекарства през фиксирана кожа се използва широко при лечението на най- различни заболявания. В същото време се увеличава пропускливостта на кожните клетки. В много случаи като страничен ефект се наблюдава намаляване на болката, отслабване на чувството за тревожност и умора.