что такое коагулятор в химии

Х и м и я

Коллоидная химия

Коагуляция коллоидных растворов.

Коагуляция

Коллоидные системы обладают различной устойчивостью. Все они стремятся к уменьшению свободной поверхностной энергии за счёт сокращения удельной поверхности коллоидных частиц, что происходит при их стремлении к объединению.

Удельная поверхность этих частиц очень велика, поэтому они и обладают большим избытком поверхностной энергии, что, в свою очередь, ведёт к термодинамической неустойчивости коллоидных систем.

Процесс объединения коллоидных частиц в более крупные агрегаты называется коагуляцией.

Расклинивающее давление

Расклинивающим давлением называют избыточное (по сравнению с гидростатическим) давление, действующее со стороны тонкого слоя жидкости на ограничивающие поверхности.

В золях оно обусловлено в основном взаимным отталкиванием противоионов диффузного слоя сблизившихся частиц и, кроме того, силами молекулярного взаимодействия между поверхностями этих частиц и молекулами воды.

Изменение свойств воды вокруг коллоидных частиц

Под влиянием электростатических полей, создаваемых ионами, расположенными на поверхности коллоидных частиц, прилегающие к ним молекулы воды сильнее поляризуются и располагаются более упорядоченно, что, в частности, усиливает связь не только между этими молекулами воды, но и между ними и коллоидными частицами.

В результате прилегающий к частице слой воды, приобретает особые свойства (повышенную вязкость и упругость), что препятствует объединению частиц.

Преодоление расклинивающего давления

Только очень малое число столкновений приводит к объединению частиц, поэтому многие золи устойчивы. Если же понизить величину заряда коллоидных частиц, то такие частицы будут легче и сильнее коагулировать.

С наибольшей скоростью коагулируют коллоидные частицы, у которых заряд гранул равен нулю, т.е. частицы, находящиеся в изоэлектрическом состоянии.

Отсутствие заряда у гранулы означает, что у частицы нет противоионов в диффузионном слое и, следовательно, их водной оболочки.

Оказалось также, что полидисперсные золи коагулируют быстрее монодисперсных и что форма частиц имеет значение для этого процесса: с наибольшей скоростью коагулируют палочкообразные частицы.

Динамика процесса коагуляции

При коагуляции двух частиц золя (так называемых частиц первого порядка) образуется более крупная частица второго порядка, которая может объединяться с ещё одной частицей первого порядка, образуя частицу третьего порядка, которая вновь присоединяет частицу первого порядка и превращается в частицу четвёртого порядка и т.д.

Расчёты показали, что присоединение частиц первых порядков происходит легче, чем объединение частиц более высоких порядков.

Сумма всех частиц в золе при коагуляции непрерывно уменьшается, причём если число исходных частиц первого порядка n1 всё время убывает, то число частиц второго порядка n2 вначале увеличивается, а затем уменьшается. Чуть отставая по времени от n2 растёт количество частиц третьего порядка n3, которое, пройдя свой максимум, начинает падать. В это время возрастает количество частиц следующего порядка и т.д.

Седиментация частиц

В результате при коагуляции образуются рыхлые агрегаты различной величины, в которой частицы непрочно связаны между собой.

Крупные агрегаты под действием силы тяжести начинают опускаться на дно сосуда. Происходит процесс седиментации.

Седимента́ция (осаждение) — оседание частиц дисперсной фазы в жидкости или газе под действием гравитационного поля или центробежных сил.

Скорость седиментации зависит от размеров и плотности частиц, от их заряда, вязкости раствора и т.п.

Частицы, находящиеся в изоэлектрическом состоянии, оседают быстрее, так как заряд не препятствует их коагуляции и седиментации.

Использование центрифуг для осаждения

Для ускорения процесса седиментации широко используют центрифуги. Возникающая при помощи них центробежная сила заставляет частицы оседать быстрее. При достаточном числе оборотов удаётся осаждать даже некоагулированные частицы.

При постоянных температуре, вязкости растворителя, величине заряда частиц и т.п. скорость их осаждения зависит от различий в их массе и размерах, благодаря чему можно расчитывать молекулярный вес этих частиц.

При помощи ультрацентрифуг, развивающих скорость в десятки тысяч оборотов в минуту, были определены молекулярные веса многих белков и других органических соединений.

Изменение скорости коагуляции

Самопроизвольная коагуляция многих золей часто протекает медленно. Её можно ускорить, повышая скорость движения частиц. Это поможет им преодолеть расклинивающее давление.

Ускорение движения частиц можно вызвать, например, повышением температуры раствора. Повышение концентрации золя также приводит к ускорению его коагуляции, поскольку с увеличением концентрации растёт число эффективных столкновений между мицеллами.

Процесс коагуляции очень чувствителен к добавлению электролитов.

Электроли́т — вещество, которое проводит электрический ток вследствие диссоциации на ионы. Примерами электролитов могут служить водные растворы кислот, солей и оснований и пр.

Небольшие количества электролитов могут резко ускорить скорость коагуляции. Следовательно, с одной стороны, электролиты необходимы для стабилизации золей, а с другой – их избыточное добавление ведёт к коагуляции золей. Влияние различных электролитов на этот процесс неодинаково.

Зависимость коагуляции от величины заряда иона электролита

Коагулирующее действие электролитов зависит от величины заряда иона, который противоположен заряду коллоидной частицы.

С наибольшей скоростью коагулируют электронейтральные частицы. Такое состояние частицы, заряженной до начала коагуляции, например положительно, станет возможным в том случае, если все противоионы диффузного слоя, заряженные отрицательно, будут перемещены в адсорбционный слой.

Чем выше окажется концентрация добавленного электролита, тем сильнее будет сжат диффузионный слой, тем меньше станет ζ-потенциал и быстрее пойдёт коагуляция.

При достаточной концентрации электролита практически все её противоионы окажутся в адсорбционном слое, заряд частицы снизится до нуля. Отсутствие диффузного слоя обусловит значительное понижение давления расклинивания и коагуляция пойдёт с максимальной скоростью.

Коагулирующее действие ионов резко возрастает с увеличением числа их зарядов в прогрессии, которую грубо принимают за соотношение шестых степеней числа зарядов ионов: 1 : 2 6 : 3 6 и т.д.

В действительности из-за влияния ряда факторов это соотношение оказывается меньшим.

Влияние различных электролитов на коагуляцию золей As₂S₃

Источник

Флокулянт и коагулянт: что это такое и в чем разница?

Для понимания указанного в заглавии момента следует ответить на вопрос, для чего нужны коагулянты и флокулянты, а также что они делают. Суть обоих процессов состоит в создании объединенных конгломератов из мелких коллоидных частиц, в естественном состоянии не способных выпадать в осадок под действием силы тяготения. В результате компоненты хаотично движутся в толще жидкости, вызывая ее помутнение. Флокулянты и коагулянты применяют для «склеивания» фракций, которые, укрупняясь, образуют хлопья и опускаются на дно резервуара. Разница между флокулянтом и коагулянтом кроется в алгоритме действия и параметрах образуемых частичек. Подробнее об этом речь пойдет ниже.

Коагулянты и флокулянты в процессах очистки воды

С точки зрения химии, коагулянты и флокулянты – неорганические соли, при соприкосновении с водой образующие элементы с зарядом, противоположным тому, который имеют частички присутствующей в жидкости взвеси. Благодаря разности потенциалов, «очиститель» притягивает загрязнения, объединяя их в конгломераты, которые несложно удалить из емкости.

Коагулянтами являются соли слабых оснований, которые, смачиваясь, переходят в нерастворимое состояние. В промышленности применяют составы на основе:

Эти соединения качественно работают и не требуют значительных затрат. Наряду с загрязняющими веществами препараты связывают ионы жесткости, тяжелых металлов, органику, что обеспечивает прозрачность воды и удаление примесей. На водоканалах и для очистки бассейнов вводят реагенты на базе гидроксохлорида алюминия, поэтому в пробах может фиксироваться незначительное превышение этого вещества.

Принцип действия коагулянтов

При контакте с жидкой субстанцией соли железа и алюминия растворяются, вступают в реакцию с молекулами жидкости и образуют нерастворимую фракцию. В это же время свободная углекислота связывает ионы водорода. Если рН среды выше 9 единиц, гидроксид двухвалентного железа переходит в более стабильный Fe(OH)3. Для инициирования процесса раствору коагулянта требуется 4-5 минут. Визуально жидкость мутнеет, образуются хлопья и опускаются под собственной тяжестью на дно.

На механизм действия коагулянтов влияют:

Классификация коагулянтов для водоочистки предполагает разделение их на органические (меламин-формальдегидные, эпилхлоргидрин-диметиламиновые, полихлориддиаллидиметиламмонийные) и неорганические (железо-, титано- и алюмосодержащие).

Особенности флокулянтов

Флокулянт, как и его «коллегу», вводят в воду для удаления примесей. По сути, реагент призван усилить реакцию коагуляции. «Конструктивно» он представляет собой органическое полимерное высокомолекулярное соединение, характеризующееся наличием длинной цепочки. Назначение флокулянтов заключается в укреплении образующегося осадка и обеспечение его устойчивости до момента эвакуации путем образования молекулярных сцепок между загрязняющими элементами.

Для промышленной водоподготовки в качестве флокулянтов применяются чаще всего полиакриламид, полидадмах и их разновидности. Это обоснованно достигаемым эффектом и доступной ценой препаратов. Если говорить о простых органических коагулянтах, примером могут служить альгинаты, гуаровые смолы, крахмал, хитозан. Неорганическими представителями группы выступают силикат натрия, полиэтиленоксид, полиакриламид, полимерные четвертичные аммонийные соли, полиамины.

Типы коагулянтов (флокулянтов)

Современные коагулянты представлены четырьмя типами:

Применение реагентов регламентировано законодательно. Существует перечень названий коагулянтов для сферы водоочистки. В условиях водоканалов допускается использование по ГОСТ коагулянта гидрохлорида алюминия совместно с полиакриламидом, силикатом натрия и рядом других.

Виды коагулянтов для очистки воды в различных отраслях

В отношении стоимости и эффективности оптимальны препараты солей железа и алюминия. Экспериментируя с их сочетаниями, производители разрабатывают марки коагулянтов для очистки вод в промышленности.

Характеристики коагулянтов на органической основе

Это лучшие коагулянты для частных домохозяйств. Однако вследствие больших расходов закупать их в промышленных масштабах может не каждое предприятие. «Органика» характеризуется экономичностью, обеспечивает стабильное хлопьеобразование, не влияет на параметры рН, совместима с хлорсодержащими средствами, позволяет снизить массу растворенных металлов.

В качестве коагулянтов используют соединения нескольких классов. Они разнятся по масштабу укрупнения осадка и скорости протекания реакций. Дополнительное преимущество заключается в безопасности продукции, которая в малых концентрациях не оказывает влияния на организм человека, животных и растительный мир.

Что относится к коагулянтам на синтетической основе

На производстве в качестве коагулянтов используются примитивные формы железа, алюминия и магния, характеризующиеся способностью объединяться с частицами с поляризационным отрицательным зарядом. Применение коагулянтов данной категории экономически обоснованно и безопасно, поскольку состав включает нейтральные для человеческого организма вещества.

Подытоживая, в чем разница между флокулянтом и коагулянтом

Коагулянтами называются препараты, которые при попадании в жидкую среду активируют процесс слипания загрязняющих веществ с последующим образованием осадка. Коагуляция по определению используется для удаления примесей в комплексах водоснабжения, из канализационных и других стоков, а также в технологических циклах для выделения обладающих ценностью продуктов из отходов.

Флокулянты – природные либо синтетические химические вещества, способствующие усилению реакции и стабилизации результатов.

Источник

Коагуляция

Полезное

Смотреть что такое «Коагуляция» в других словарях:

КОАГУЛЯЦИЯ — Свертывание молока, белка и пр. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. КОАГУЛЯЦИЯ свертывание белков молока и проч. Полный словарь иностранных слов, вошедших в употребление в русском языке. Попов М., 1907 … Словарь иностранных слов русского языка

Коагуляция — – слипание частиц дисперсной фазы и увеличение их размеров. [Блюм Э. Э. Словарь основных металловедческих терминов. Екатеринбург 2002] Коагуляция – разделение коллоидного раствора на две фазы – растворитель и студнеобразную массу, или … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

Коагуляция — (coagulare свертывать) переход высокомолекулярного вещества из коллоид, растворенного состояния (золя) в состояние геля. Наименьшее количество электролита, вызывающее К. растворенного вещества, может служить мерой его дисперсности. Эта величина… … Геологическая энциклопедия

КОАГУЛЯЦИЯ — (от латинского coagulatio свертывание, сгущение), слипание твердых частиц в дисперсных системах при их соприкосновении. Слияние капель жидкости или газовых пузырьков называется коалесценцией. Коагуляция и коалесценция используются при очистке… … Современная энциклопедия

КОАГУЛЯЦИЯ — (от лат. coagulatio свертывание сгущение), сцепление частиц дисперсной фазы при их столкновениях в процессе броуновского движения, перемешивании или направленном перемещении в силовом (напр., электрическом) поле, введение коагулянтов. Коагуляция… … Большой Энциклопедический словарь

КОАГУЛЯЦИЯ — процесс слипания частиц при каком либо внешнем воздействии ( изменении температуры, воздействия электрического поля, введении химических веществ и т. д.), часто приводящий к выпадению осадков. Широко используется в очистке сточных вод.… … Экологический словарь

Коагуляция — (гематология) Коагуляция (дисперсная система) … Википедия

коагуляция — флокуляция, разделение Словарь русских синонимов. коагуляция сущ., кол во синонимов: 11 • автокоагуляция (1) • … Словарь синонимов

коагуляция — и, ж. coagulation f. < лат. coagulatio свертывание, сгущение, затвердение. 1. хим. Сгущение жидкостей вместе со взвещенными в них твердыми частицами, ведущее к застудневанию или выпадению осадка (коагулята) из коллоидного раствора. 2. мед.… … Исторический словарь галлицизмов русского языка

КОАГУЛЯЦИЯ — (от лат. coagulatio створаживание), характерный для коллоидных растворов (золей) процесс, заключающийся либо в выпадении дисперсной фазы (см. Дисперсные системы) в осадок либо в застывании всего коллоидного раствора в студень гель. В обоих… … Большая медицинская энциклопедия

коагуляция — – объединение, укрупнение за счет слипания частиц дисперсной фазы. Общая химия : учебник / А. В. Жолнин [1] Коагуляция – объединение частиц дисперсной фазы коллоидной системы в более крупные агрегаты. Словарь по аналитической химии [3] … Химические термины

Источник

Что такое коагулятор в химии

Разработка и внедрение программ, направленных на защиту окружающей среды и сохранение флоры и фауны водоемов, проходят в каждом регионе. Предприятия, осуществляющие слив сточных вод в естественные водоемы, несут бремя ответственности, а соблюдение ими правил организации стоков, очистки и обеззараживания загрязненной и бывшей в использовании воды контролируются на правительственном уровне. Именно поэтому вопросу выбора наиболее эффективной, безопасной и надежной системы очистки сточных вод уделяется особое внимание.

Метод коагуляции – новое направление в очищении и обеззараживании сточных вод. Сегодня существует несколько методов очищения загрязненных сточных вод, среди которых особую популярность получил коагуляционный метод очистки воды, относящийся к категории химических, не представляющий угрозы природе. Коагуляция воды направлена на качественную очистку подвергающихся обработке и переработке жидкостей, которые используются на промышленных объектах. Проведенное очищение и обеззараживание загрязненной воды позволяет вторично ее использовать или осуществлять сброс в реки, не нанося вред окружающей среде, живой флоре и фауне, что особенно важно сегодня, когда вопросам экологии и сохранения природных ресурсов уделяется столько внимания. Основная задача системы очистки стоков – удаление загрязнений, для которых подбирается строго определенный коагулянт для очистки воды с целенаправленным действием. Коагуляция позволяет эффективно очистить сточные воды с использованием специальных реагентов, нахождение в воде которых впоследствии не приведет к нарушению микрофлоры природного водоема, куда идет слив сточных вод предприятия.

Важнейшие экспериментальные факты, способные служить базой для построения теории коагуляции базируются на многообразии причин, вызывающих коагуляцию, на коагулирующем действии электролитов, на влиянии величины заряда иона-коагулятора [1–6].

Установленные закономерности коагуляции нашли свое выражение в правиле Шульце-Гарди, высказанном еще в конце XIX века [1–6].

В ходе развития представлений об устойчивости и механизмах коагуляции гидрофобных коллоидов растворами электролитов возникло много теорий, которые пытались объяснить три вопроса [1–5]:

1) почему коагуляция наступает при определенной концентрации электролита-коагулятора;

2) почему при этом основную роль играет концентрация иона, несущего заряд, противоположный заряду частицы;

3) почему влияние заряда иона-коагулятора подчиняется закономерности, выраженной правилом Шульце-Гарди.

Все теории коагуляции в основном подразделяются на адсорбционные и электростатические [1–6]. Современная физическая теория устойчивости и коагуляции коллоидных систем была развита Б.В. Дерягиным и Л.Д. Ландау (1937), Э. Фервеем и Я. Овербеком (1941). В соответствии с первыми буквами фамилий авторов теория носит название ДЛФО. Согласно этой теории, между любыми частицами при их сближении возникает расклинивающее давление разделяющей жидкой прослойки в результате действия сил притяжения и отталкивания. Состояние системы зависит от баланса энергии притяжения и энергии отталкивания. Преобладание энергии отталкивания приводит к устойчивости системы. Преобладание энергии притяжения вызывает нарушение агрегативной устойчивости, т.е. коагуляцию [1, 5, 6].

Коагуляция сложный процесс, который зависит как от природы золя, так и от природы коагулирующих электролитов. Настоящая работа посвящена изучению закономерностей и механизма коагуляции под действием индифферентных электролитов на примере коллоидной системы – золя Fe(OH)3.

Васильевым С.Е. выполнена экспериментальная часть работы и изучен механизм коагуляции.

Коагуляция гидрофобных золей. Факторы, вызывающие коагуляцию

Лиофобные дисперсные системы (золи, суспензии, эмульсии) агрегативно неустойчивы, поскольку обладают избытком поверхностной энергии Гиббса. Процесс укрупнения частиц (коагуляция) протекает самопроизвольно, так как он ведет к уменьшению удельной поверхности и снижению поверхностной энергии Гиббса. Коагуляция представляет собой процесс слипания (или слияния) частиц дисперсной фазы при потере системой агрегативной устойчивости [1–6].

При коагуляции изменяются физико-химические свойства систем: появляется мутность, снижается осмотическое давление, изменяются электрическая проводимость и характер вязкости. На изменении физико-химических свойств основаны методы наблюдения и изучения процесса коагуляции.

Фактором, вызывающим коагуляцию, может быть любой агент, нарушающий агрегативную устойчивость системы, например изменение температуры (сильное нагревание или охлаждение вплоть до замораживания), механическое воздействие (интенсивное встряхивание, перемешивание, перекачивание по трубам), действие света и различного рода излучений, действие электрических зарядов. Однако наиболее важным фактором является действие электролитов. Электролиты, добавляемые к золям, чрезвычайно быстро и резко влияют на толщину ДЭС и на z-потенциал, являющийся одним из главных факторов устойчивости гидрофобных коллоидных систем.

Коагуляция под действием электролитов. Правило Шульце-Гарди

Наблюдения Г. Шульце (1882) показали, что коагулирующей способностью обладает один из ионов добавляемого электролита (ион-коагулятор). Коагулирующая способность иона-коагулятора возрастает с увеличением его заряда (правило Шульце). Несколько позже М.Гарди (1900) нашел, что заряд коагулирующего иона всегда противоположен заряду коллоидной частицы (правило Гарди). Следовательно, коагуляцию отрицательного золя вызывают катионы добавленного электролита. Для золя с положительно заряженными частицами ионами-коагуляторами являются анионы [1–6].

Закономерности, найденные Шульце и Гарди и подтвержденные многочисленными исследователями, известны как правило Шульце-Гарди: коагулирующим действием обладает тот ион электролита, который имеет заряд, противоположный заряду гранулы; коагулирующее действие тем сильнее, чем выше заряд иона-коагулятора (правило значности).

Порогом коагуляции (g) называют наименьшее количество электролита, необходимое для коагуляции 1 м3 золя. Его выражают в ммоль/л или моль/л.

Для расчета порога коагуляции достаточно умножить концентрацию электролита с (кмоль/м3) на объем его раствора, вызвавшего коагуляцию, V (м3), и произведение разделить на взятый объем золя W (м3):

(кмоль/м3). (1)

Источник