3.5 Гели

Большинство лиофильных золей (см. пункт 3.2.4) в определенных условиях способны превращаться в студнеобразные массы, получившие название студней или гелей. Переход золя в гель называют также реакцией желатинирования. Она может вызываться различными факторами: действием электролитов, изменением температуры.

Переход в студнеобразное состояние сопровождается коагуляцией, что придает дисперсной системе ка­чественно новые, структурно-механические свойства; дисперсная структура приобретает прочность и, тем самым, способ­ность служить материалом.

Студни и гели встречаются в природных и в промышленных продуктах. К природным относятся такие минералы, как опал, агаты. Студнями являются многие пищевые продукты – простокваша, мармелад, сыр, кисель. Твердение вяжущих строительных материалов (цементов и др.) проходит через стадию образования гелей.

Рассмотрим процесс дегидратации (обезвоживания) гидроге­лей. Такого рода процессы играют важную роль при формировании минералов и горных пород из некоторых коллоидных отложе­ний, при твердении цементных строительных растворов и бето­нов, при очерствлении хлеба, при некоторых производственных про­цессах сушки и пр.

Обезвоживание геля может происходить различными путями – испарением воды (частиц дисперсионной среды) при обычных температурах или при нагревании, а также в результате химического связывания ее другими вещест­вами.

По мере обезвоживания геля изменяются его характер пористости и различные свойства. Из мягкой студнеобразной массы гель посте­пенно превращается в твердое камневидное тело с высокой проч­ностью. Высохшие (твердые) гели называют ксерогелями. К ним относятся, например, высохший клей, кремень, опалы и др.

Явление тиксотропии. Некоторые гели обладают способностью обратимо разжижаться при механических воздействиях – встряхи­вании, перемешивании, вибрировании и др. например, при встря­хивании гель разжижается и превращается в золь, который в спокой­ном состоянии вновь переходит в гель. Подобные превращения могут быть повторены несколько раз. Это явление получило название тиксотропии. Оно используется в процессах вибрирования бетона при заполнении форм – вибрирование препятствует структурированию геля, тем самым обеспечивается более плотная укладка материала.

Застудневание золя в общем случае можно объяснить как результат связы­вания его частиц с образованием из них непрочной коагуляционной сетки, в петлях которой удерживаются компоненты дисперсионной среды. Характер связи меж­ду частицами может быть различным. Вопрос этот еще не получил однозначного решения. Тиксотропия свойственна тем гелям, у которых силы, связывающие частицы между собой, являются более слабыми, чем силы валентной связи.

Контрольные вопросы

1 Как классифицируются дисперсные системы по размеру частиц дисперсной фазы?

2 Обоснуйте классификацию дисперсных систем по агрегатному состоянию дисперсной фазы и дисперсионной среды. Приведите примеры технического и инженерно-строительного профиля.

3 Как классифицируются дисперсные системы по силе межмолекулярного взаимодействия в них?

4 Объясните, почему коллоидно-дисперсные и грубодисперсные системы являются термодинамически неустойчивыми.

5 Приведите примеры получения золей путем химической конденсации.

6 Объясните причину возникновения конуса Тиндаля при падении луча света на золь.

7 Какими способами можно отличить золь от грубодисперсной системы? На каких свойствах основаны эти способы?

8 Какие явления наблюдаются при наложении разности потенциалов на коллоидный раствор?

9 Сопоставьте два типа устойчивости дисперсных систем, укажите, чем они обусловлены, а также возможные причины потери устойчивости.

Задание 1. Укажите диффузный слой противоионов для мицеллы

{[mAgBr∙nBr^– ·(n-x)Na⁺·yH₂O]^x– ·xNa⁺·zH₂O}:

а) mAgBr;	г) [mAgBr∙nBr^– ·(n-x)Na^+·yH2O]^x^–;
б) mAgBr∙nBr^–;	д) xNa^+·zH2O;
в) (n-x)Na^+·yH2O;	е) nBr^–.

Задание 2. Укажите структуру ядра для мицеллы

{[mAgBr∙nBr^– ·(n-x)Na⁺·yH₂O]^x– ·xNa⁺·zH₂O}:

а) mAgBr;	г) [mAgBr∙nBr^– ·(n-x)Na^+·yH2O]^x^–;
б) mAgBr∙nBr^–;	д) xNa^+·zH2O;
в) (n-x)Na^+·yH2O;	е) nBr^–.

Задание 3. Укажите, какие ионы являются потенциалопределяющими для мицеллы

{[mAgBr∙nBr^– ·(n-x)Na⁺·yH₂O]^x– ·xNa⁺·zH₂O}:

а) xNa^+·zH2O;	г) mAgBr;
б) (n-x)Na^+·yH2O;	д) [mAgBr∙nBr^– ·(n-x)Na^+·yH2O]^x^–;
в) mAgBr∙nBr^–;	е) nBr^–.

Задание 4. Укажите заряд коллоидной частицы для мицеллы

{[mAgBr∙nBr– ·(n-x)Na+·yH2O]x– ·xNa+·zH2O}:

а) положительный;

б) отрицательный;

в) не имеет заряда;

г) в зависимости от силы тока.

Задание 5. Укажите плотный слой противоионов для мицеллы {[mAgBr∙nBr^– ·(n-x)Na⁺·yH₂O]^x– ·xNa⁺·zH₂O}:

а) mAgBr∙nBr^–;	г) (n-x)Na^+·yH2O;
б) mAgBr;	д) nBr^–;
в) [mAgBr∙nBr^– ·(n-x)Na^+·yH2O]^x^–;	е) xNa^+·zH2O.

Задание 6. Диффузный слой противоионов для мицеллы

{[mAgBr∙nAg⁺·(n-x)NO₃^– ·yH₂O]^x+ ·xNO₃^–·zH₂O}

имеет состав:

а) mAgBr∙nAg^+;	г) xNO3^–·zH2O;
б) nAg^+;	д) [mAgBr∙nAg^+·(n-x)NO3^– ·yH2O]^x+;
в) mAgBr;	е)(n-x)NO3^–.