Факторы агрегативной устойчивости

Вопрос 141. Основные причины коагуляции лиофобных золей.

При нарушении агрегативной устойчивости дисперсной системы происходит слипание частиц – коагуляция. Коагуляция – агрегация частиц дисперсной фазы с последующим выпадением их в осадок.

Стадии коагуляции

Во всяком процессе коагуляции различают две стадии: Скрытая коагуляция – невооруженным глазом нельзя наблюдать каких-либо внешних признаков происходящих изменений в золе. Явная коагуляция – о коагуляции можно судить невооруженным глазом: по помутнение, по выпадению осадка, по изменению цвета. Для лиофобных золей характерно то, что стадия скрытой коагуляции очень коротка и быстро переходит в стадию явной коагуляции.

Скорость коагуляции – изменение частичной концентрации дисперсных частиц в единице объема в единицу времени. Различают: быструю коагуляцию, при которой каждое столкновение частиц приводит к их слипанию (все соударения эффективны); и медленную коагуляцию, когда не все столкновения частиц являются эффективными.

Вопрос 142. Методы повышения устойчивости дисперсных систем.

Агрегативная устойчивость и длительное существование лиофобных дисперсных систем с сохранением их св-в обеспечивается стабилизацией. Для высокодисперсных систем с жидкой дисперсионной средой используют введение в-в - стабилизаторов (электролитов, ПАВ, полимеров). В теории устойчивости Дерягина-Ландау-Фервея-Овербека (теории ДЛФО) осн. роль отводится ионно-электростатич. фактору стабилизации. Стабилизация обеспечивается электростатич. отталкиванием диффузных частей двойного электрич. слоя, к-рый образуется при адсорбции ионов электролита на пов-сти частиц. При нек-ром расстоянии между частицами отталкивание диффузных слоев обусловливает наличие минимума на потенц. кривой (дальний, или вторичный, минимум; см. рис.). Хотя этот минимум относительно неглубок, он может препятствовать дальнейшему сближению частиц, притягиваемых силами межмолекулярного взаимодействия. Ближний, или первичный, минимум соответствует прочному сцеплению частиц, при к-ром энергии теплового движения недостаточно для их разъединения. Сближаясь на расстояние, отвечающее этому минимуму, частицы объединяются в агрегаты, образование к-рых ведет к потере системой агрегативной устойчивости. При этом устойчивость системы к коагуляции определяется высотой энергетич. барьера.

При введении в дисперсные системы в качестве стабилизатора ПАВ фактором стабилизации м. б. "термодинамич. упругость" пленок среды, разделяющей частицы. Стабилизация обеспечивается тем, что при сближении частиц, напр., капель или газовых пузырей, происходит растяжение и утоньшение разделяющей их прослойки, содержащей ПАВ, и, как следствие, нарушение адсорбц. равновесия. Восстановление этогоравновесия и приводит к повышению устойчивости прослойки среды, разделяющей частицы. Гидродинамич. сопротивление вытеснению жидкой дисперсионной среды из прослойки между сближающимися частицами - один из кинетич. факторов стабилизации дисперсных систем. Он особенно эффективен в системах с высоковязкой дисперсионной средой, а при застекловывании последней делает систему неограниченно устойчивой к агрегации частиц и коалесценции. Структурно-мех. фактор стабилизации, по П. А. Ребиндеру, возникает при образовании на межфазной границе полимолекулярных защитных слоев из мицеллообразующих ПАВ, высокомолекулярных соед., а иногда и тонких сплошных или дискретных фазовых пленок. Межфазный защитный слой должен обладать способностью сопротивляться деформациям и разрушению, достаточной подвижностью для "залечивания" возникших в нем дефектов и, что особенно важно, быть лиофилизованным с внеш. стороны, обращенной в сторону дисперсионной среды. Если защитный слой недостаточно лиофилен, он, предохраняя частицы от коалесценции, не сможет предотвратить коагуляции. Структурно-мех. барьер является, по существу, комплексным фактором стабилизации, к-рый включает термодинамич., кинетич. и структурные составляющие. Он универсален и способен обеспечить высокую агрегативную устойчивость любых дисперсных систем с жидкой дисперсионной средой, в т. ч. высококонцентрированных, наиб. важных в практич. отношении.

Вопрос 143. Устойчивость и коагуляция дисперсных систем.

Все дисперсные системы условно делятся на лиофильные – получаемые самопроизвольным диспергированием и термодинамически устойчивые и лиофобные дисперсные системы – термодинамические неустойчивые. Несмотря на термодинамическую неустойчивость , многие лиофобные дисперсные системы оказываются устойчивыми кинетически, не изменяясь заметно с течение некоторого времени (иногда десятилетиями). Рассмотрим причины такого поведения лиофобных дисперсных систем. Устойчивость дисперсной системы – неизменность во времени ее основных параметров: дисперсности и равновесного распределения дисперсной фазы в дисперсионной среде. Различают два вида устойчивости (по Пескову): агрегативную и се- диментационную (кинетическую). 1. Агрегативная устойчивость – способность частиц дисперсной фазы оказывать сопротивлению их слипанию и тем самым удерживать определенную степень дисперсности (способность сохранять размер дисперсной фазы). При нарушении агрегативной устойчивости происходит нарушение сидементационной устойчивости.

2. Седиментационная устойчивость – устойчивость дисперсной фазы по отношению к силе тяжести (способность дисперсной системы сохранять равномерное распределение частиц дисперсной фазы по объему дисперсионной среды). Нарушение седиментационной устойчивости может быть вызвано оседанием (седиментацией) частиц под действием их силы тяжести, приводящей к оседанию (или всплыванию) частиц дисперсной фазы. Это особенно характерно для грубодисперсных систем. Наблюдаемая долговечность многих лиофобных систем говорит о том, что наряду с Ван-дер-Ваальсовыми силами притяжения между частицами в системе существуют и силы отталкивания или эффекты, экранирующие это притяжение. Рассмотрим факторы, вызывающие устойчивость лиофобных систем.

Факторы агрегативной устойчивости

электростатический – обусловлен силами отталкивания (наличие ДЭС);

адсорбционно-сольватный – всякая коллоидная частица окружена сольватной оболочкой растворителя, которая препятствует сближению частиц;

энтропийный – стремление дисперсной фазы к равномерному распределению по объему дисперсионной среды.

При нарушении агрегативной устойчивости происходит слипание частиц – коагуляция. Коагуляция – агрегация частиц дисперсной фазы с последующим выпадением их в осадок.

Стадии коагуляции Во всяком процессе коагуляции различают две стадии: Скрытая коагуляция – невооруженным глазом нельзя наблюдать каких-либо внешних признаков происходящих изменений в золе.

Явная коагуляция – о коагуляции можно судить невооруженным глазом: по помутнение, по выпадению осадка, по изменению цвета. Для лиофобных золей характерно то, что стадия скрытой коагуляции очень коротка и быстро переходит в стадию явной коагуляции.

   Вопрос 144 Устойчивость дисперсных систем и виды устойчивости.

Все дисперсные системы условно делятся на лиофильные – получаемые самопроизвольным диспергированием и термодинамически устойчивые и лиофобные дисперсные системы – термодинамические неустойчивые. Несмотря на термодинамическую неустойчивость , многие лиофобные дисперсные системы оказываются устойчивыми кинетически, не изменяясь заметно с течение некоторого времени (иногда десятилетиями). Рассмотрим причины такого поведения лиофобных дисперсных систем. Устойчивость дисперсной системы – неизменность во времени ее основных параметров: дисперсности и равновесного распределения дисперсной фазы в дисперсионной среде. Различают два вида устойчивости (по Пескову): агрегативную и се- диментационную (кинетическую). 1. Агрегативная устойчивость – способность частиц дисперсной фазы оказывать сопротивлению их слипанию и тем самым удерживать определенную степень дисперсности (способность сохранять размер дисперсной фазы). При нарушении агрегативной устойчивости происходит нарушение сидементационной устойчивости.

2. Седиментационная устойчивость – устойчивость дисперсной фазы по отношению к силе тяжести (способность дисперсной системы сохранять равномерное распределение частиц дисперсной фазы по объему дисперсионной среды). Нарушение седиментационной устойчивости может быть вызвано оседанием (седиментацией) частиц под действием их силы тяжести, приводящей к оседанию (или всплыванию) частиц дисперсной фазы. Это особенно характерно для грубодисперсных систем. Наблюдаемая долговечность многих лиофобных систем говорит о том, что наряду с Ван-дер-Ваальсовыми силами притяжения между частицами в системе существуют и силы отталкивания или эффекты, экранирующие это притяжение. Рассмотрим факторы, вызывающие устойчивость лиофобных систем.