11.6.Коагуляция.

Различают коагуляцию явную, наблюдаемую невооруженным глазом, и скрытую, наблюдаемую при помощи приборов. Коагуляция может быть вызвана действием различных факторов: температуры, механических воздействий, введения электролитов и других веществ.

Агрегативная устойчивость резко изменяется при малых добавках электролитов. При критической концентрации наступает быстрая коагуляция. Значение критической концентрации, или порога коагуляции, резко уменьшается с ростом заряда противоионов в соответствии с правилом Шульца-Гарди: .

11.7. Механизм коагуляции электролитами по теории длфо.

Возможность коагуляции, т.е. необратимого слипания частиц, зависит от соотношения двух энергетических характеристик: и .

Если , то система устойчива, коагуляция не происходит.

Если , то происходит коагуляция. При этом вероятность слипания , т.е. отношение числа слипаний к числу столкновений, равна единице, каждое столкновение приводит к слипанию, что соответствует быстрой коагуляции, которая протекает при отсутствии на поверхности частицы защитного слоя. При некоторые частицы, для которых , слипаются, другие, для которых , не слипаются. При вероятности слипания происходит медленная коагуляция. В этом случае кинетическая энергия частиц различна, а на поверхности в отдельных местах сохраняется защитный слой. Следует отметить, что быстрая коагуляция может происходить медленно при малой концентрации, а медленная быстро при перемешивании.

Величина определяет обратимое слипание или агрегацию частиц. Частицы притягиваются друг к другу, но при этом сохраняются прослойки жидкости между ними, и агрегаты вновь разрушаются вследствие теплового движения. Если , то частицы не фиксируются в дальней яме, и если при этом , то разойдутся, а если , то попадут в ближнюю потенциальную яму. Если , то частицы фиксируются в дальней яме, происходит обратимая агрегация частиц, дальнодействующее притяжение.

11.8. Коагулирующее действие электролитов.

Выше говорилось о том, что электростатическое отталкивание частиц обусловлено наличием двойного электрического слоя. Энергия отталкивания зависит от параметров ДЭС – его толщины, потенциала поверхности и -потенциала. Чем выше значение и -потенциалов, тем сильнее происходит отталкивание при перекрывании ДЭС.

При введении электролита изменяются параметры ДЭС, следовательно, изменяется устойчивость дисперсной системы, и может произойти коагуляция. Рассмотрим коагуляцию под действием индифферентных электролитов, неспособных химически взаимодействовать с поверхностью. При их введении значение потенциала поверхности не меняется, а -потенциал уменьшается, ДЭС сжимается, т.к. вследствие повышения концентрации противоиона компенсация заряда потенциалобразующих ионов происходит в слое меньшей толщины.

Рис. 11.11. Концентрационная коагуляция: 1-исходное состояние; 2-после введения электролита.

Энергия отталкивания изменяется симбатно изменению потенциала, т.е. кривая идет круче с введением электролита. При введении электролита величина уменьшается, и когда , происходит концентрационная коагуляция, т.е. коагуляция, происходящая при введении индифферентного электролита и обусловленная повышением концентрации противоионов. Концентрационная коагуляция происходит при достижении порога коагуляции , где – валентность добавляемого иона.

Коагуляция под действием неиндифферентных электролитов называется нейтрализационной, т.к. она вызвана нейтрализацией заряда поверхности при введении неиндифферентного электролита. Ионы неиндифферентного электролита достраивают кристаллическую решетку поверхности частицы. Если потенциалобразующий ион вводимого электролита имеет знак, противоположный заряду частицы, то значение и уменьшаются (рис. 11.12).

Рис. 11.12. Нейтрализационная коагуляция: 1-исходное состояние; 2-после введения электролита.

Энергия отталкивания изменяется, а значение на результирующей кривой уменьшается. Когда достигает , происходит нейтрализационная коагуляция.

Наименьшая концентрация электролита, при которой начинается коагуляция, называется порогом коагуляции. Порог коагуляции зависит от метода его определения и от концентрации золя. На рис.11.13 показана зависимость скорости коагуляции от концентрации электролита.

Рис. 11.13. Зависимость скорости коагуляции от концентрации электролита.

В области 1 система является устойчивой, в области 2 происходит медленная коагуляция, в области 3 – быстрая коагуляция. Точки перегиба соответствуют порогам медленнрй ( ) и быстрой ( ) коагуляции.

Введение электролита в дисперсную систему снижает потенциальный барьер, который при определенной концентрации, соответствующей порогу быстрой коагуляции, становится равным нулю, а скорость коагуляции – максимальной.

Трем состояниям устойчивости дисперсных систем отвечают три характерных вида потенциальных кривых (рис. 11.14).

Рис. 11.14. Потенциальные кривые для дисперсных систем с разной устойчивостью.

Кривая 1 соответствует такому состоянию дисперсной системы, когда при любом расстоянии между частицами энергия притяжения преобладает над энергией отталкивания. При таком состоянии системы наблюдается быстрая коагуляция.

Энергетический барьер и вторичный минимум на кривой 2 указывают на такое состояние системы, когда возможна обратимая коагуляция. Высокий потенциальный барьер и отсутствие минимума на кривой 3 соответствует агрегативно устойчивой системе, когда вероятность образования агрегатов частиц крайне мала.

При концентрации электролита, равной порогу быстрой коагуляции, потенциальная кривая находится в области отрицательных значений энергии и имеет максимум, отвечающий нулевому потенциальному барьеру и расположенному на оси абсцисс (пунктирная кривая 4 на рис. 11.14). Точке касания потенциальной кривой оси абсцисс соответствуют два условия: равенство нулю суммарной энергии взаимодействия частиц и ее и . Эти условия отвечают не изоэлектрической точке, а некоторому критическому значению -потенциала, лежащему в пределах 25÷40 мВ.