Физическая конденсация

Метод замены растворителя. Метод основан на выделении растворенного вещества из раствора в виде высокодисперсной нерастворимой фазы путем замены растворителя. Молекулы растворенного вещества, находящегося в состоянии молекулярной дисперсности в одном растворителе, попадая в условия плохой растворимости при замене растворителя, начинают конденсироваться в более крупные коллоидные частицы. Данным методом можно приготовить золи серы, канифоли, мастики при вливании спиртовых растворов этих веществ в воду.

Диспергационные методы получения дисперсных систем

Диспергированием называют тонкое измельчение твердых материалов или жидкостей и распределение их частиц в жидкой или газообразной среде, в результате чего образуются порошки, суспензии, эмульсии, аэрозоли.

Механические методы. Для дробления веществ в лабораториях и на производствах применяются устройства, работающие по принципу ударного размельчения и растирания, диспергируемых материалов; к таким устройствам относятся шаровые и коллоидные мельницы.

В фармацевтическом производстве, где измельчению подвергаются главным образом растительные сырьевые материалы, используют траво- и корнерезки, машины с дисковыми пилами. После ряда стадий дробления получают порошки с размером частиц около 10^–4 м.

Ультразвуковой метод. Ультразвуковые волны с частотой от 20 кГц до 1 МГц получают с помощью пьезоэлектрического излучателя. Диспергирующее действие ультразвука связано с тем, что при прохождении звуковой волны в жидкости происходят локальные быстро сменяющиеся сжатия и растяжения, которые создают разрывающее усилие и приводят к диспергированию взвешенных частиц. Однако решающую роль играет явление кавитации; при чередовании сжатий и разрежений в жидкости непрерывно образуются и снова спадаются (захлопываются) пустоты (полости). При схлопывании полостей локально развиваются очень высокие давления. Это вызывает сильные механические разрушающие усилия, способные диспергировать не только жидкости, но и твердые частицы. Таким путем получают высокодисперсные эмульсии и суспензии, в том числе пригодные для внутривенного введения. Кроме того, при действии ультразвука на коллоидные растворы, эмульсии, суспензии происходит их стерилизация, так как кавитация вызывает разрушение тел микроорганизмов и их спор.

Метод пептизации. Пептизация – это процесс перехода вещества из геля в золь под влиянием пептизаторов, то есть диспергирующих средств.

Фактически пептизация – это не диспергирование, а дезагрегация имеющихся частиц. Различают три способа пептизации: 1) адсорбционная пептизация; 2) диссолюционная (или химическая) пептизация; 3) промывание осадка растворителем (дисперсионной средой).

Пептизаторами служат, главным образом, электролиты, которые способствуют дезагрегации осадков. Примером пептизации может быть получение золя гидроокиси Fe(OH)₃ при действии на его осадок небольшим количеством раствора FeCl₃, взятом в качестве пептизатора, или получение золя берлинской лазури пептизацией его осадка раствором щавелевой кислоты.

Метод самопроизвольного диспергирования. Этот метод может быть использован для получения растворов высокомолекулярных веществ из твердых полимеров диспергированием их в соответствующих растворителях, как, например, при растворении в воде крахмала, гуммиарабика, желатина, сухого белка, агар-агара и др.

Метод самопроизвольного диспергирования твердого вещества в жидкой среде приводит к образованию двухфазной устойчивой коллоидной системы. Самодиспергирование совершается без внешних механических воздействий на этот процесс; так, например, некоторые масла могут самопроизвольно эмульгироваться в воде при наличии в среде стабилизатора (15 – 35% натриевого мыла).

Электрический метод. Метод получения коллоидных растворов при помощи электричества, который предложен Бредигом (1898), можно использовать главным образом, для приготовления гидрозолей благородных металлов. Этот метод основан на получении электрической дуги между электродами, состоящими из диспергируемого металла (серебра, золота). Под воздействием высокой температуры происходит испарение материала электродов в дисперсионной водной среде. Затем пары металла конденсируются в коллоидные частицы, образуя соответствующий золь. Процесс проводят при охлаждении.

Диспергирование характеризуется степенью раздробленности, или степенью диспергирования. Она определяется отношением размеров исходного продукта и частиц дисперсной фазы полученной системы:

,

(0)

где d_н, d_к – диаметр частиц до и после диспергирования.

,

(0)

где B_н, B_к – площадь поверхности частиц до и после диспергирования.

,

(0)

где V_н, V_к – объем частиц до и после диспергирования.

Степень диспергирования может выражаться в единицах размера (0), площади поверхности (0) или объема (0) частиц дисперсной фазы, т.е. может быть линейной, поверхностной или объемной.

Согласно представлениям П.А. Ребиндера, работа А, необходимая для диспергирования твердого тела или жидкости, затрачивается на деформирование тела А_д и на образование новой поверхности раздела фаз А_п, которая измеряется работой адгезии.

Работа диспергирования определяется как:

,

(0)

где σ – величина, пропорциональная или равная поверхностному натяжению на границе раздела между дисперсной фазой и дисперсионной средой; ΔВ – увеличение поверхности раздела фаз в результате диспергирования; V – объем исходного тела до диспергирования; k – коэффициент эквивалентный работе деформирования единицы объема тела.

Для характеристики конденсационных методов получения дисперсных систем используют работу образования зародыша:

,

(0)

где S – поверхность.

Из уравнения (0) следует, что затрата работы тем меньше, чем меньше поверхностное натяжение и размеры зародыша.

Необходимым условием конденсации является пересыщение вещества в дисперсионной среде. Степень пересыщения β для раствора или пара выражается уравнениями (0) и (0):

,	(0)
,	(0)

где р, с – давление насыщенного пара и концентрация вещества в пересыщенном растворе; р_S – равновесное давление насыщенного пара над плоской поверхностью; с_S – равновесная концентрация, соответствующая образованию новой фазы.

Уравнение Кельвина выражает изменение давления пара над веществом с изменением кривизны поверхности:

,

(0)

где V_m – мольный объем вещества в конденсированном состоянии.

Если капля жидкости имеет сферическую форму, то кривизна поверхности будет положительной и равной 2/r. Уравнение Кельвина принимает вид:

,

(0)

где r – радиус капли.