7.1. Седиментационная устойчивость дисперсных систем

Седиментационная устойчивость – это способность дисперсной системы сохранять неизменным во времени распределение частиц по объему системы, т. е. способность системы противостоять действию силы тяжести.

Седиментационная устойчивость дисперсных систем определяется, главным образом, размерами частиц дисперсной фазы:

• лиофобные золи (10^-7 – 10^-5 см) – седиментационно устойчивые системы, для них характерна диффузия, обеспечивающая равномерное распределение частиц по объему системы;

• микрогетерогенные системы (10^-5 – 10^-3 см) – в них устанавливается седиментационно-диффузионное равновесие, для которого характерно гипсометрическое распределение частиц по объему системы;

• грубодисперсные (более 10^-3 см) – седиментационно неустойчивые системы, в них происходит быстрая седиментация.

7.2. Агрегативная устойчивость коллоидных растворов. Коагуляция

Агрегативная устойчивость – это способность дис­персной системы сохранять неизменной во времени степень дисперсности, т. е. размеры, частиц и их индивидуальность.

При нарушении агрегативной устойчивости происходит коагуляция.

Коагуляцией называется процесс слипания частиц с образованием крупных агрегатов. В результате коагуляции система теряет свою седиментационную устой­чивость, так как частицы становятся слишком круп­ными и не могут участвовать в броуновском движении.

Коагуляция является самопроизвольным процессом, так как она приводит к уменьшению межфазной поверхности и, следовательно, к уменьшению свободной поверхностной энергии.

Причины коагуляции многообразны. Едва ли существует какое-либо внешнее воздействие, которое при достаточной интенсивности не вызывало бы коагуляцию.

К таким воздействиям относятся изменение температуры, действие электрического и электромагнитного полей, действие видимого света, облучение элементарными частицами, механическое воздействие, добавление электролитов и др.

Наибольший практический интерес вызывает коагу­ляция электролитами.

ПРАВИЛА КОАГУЛЯЦИИ

1. Все сильные электролиты, добавленные к золю в достаточном количестве, вызывают его коагуляцию.

Минимальная концентрация электролита, при которой начинается коагуляция, называется порогом коагуляции С_К.

Чем меньше порог коагуляции, тем больше коагулирующая способность электролита.

2. Коагулирующим действием обладает не весь электролит, а только тот ион, заряд которого совпадает по знаку с зарядом противоиона мицеллы лиофобного золя. Этот ион называют ионом-коагулянтом.

3. Коагулирующая способность иона-коагулянта тем больше, чем больше заряд иона.

Количественно эта закономерность описывается эм­пирическим правилом Шульце-Гарди.

или ,

где α – постоянная для данной системы величина; Z – заряд иона-коагулянта; – порог коагуляции соответственно однозарядного, двухзарядного, трехзарядного иона-коагулянта.

При увеличении концентрации иона-коагулянта дзета-потенциал мицеллы золя уменьшается по абсолютной ве­личине.

7.3. Факторы устойчивости лиофобных золей

Следует отметить четыре фактора устойчивости, среди которых два первых играют главную роль.

1. Электростатический фактор устойчивости. Он обусловлен наличием ДЭС и дзета-потенциала на поверхности частиц дисперсной фазы.

2. Адсорбционно-сольватный фактор устойчивости. Он обусловлен снижением поверхностного натяжения в результате взаимодействия дисперсионной среды с частицей дисперсной фазы. Этот фактор играет заметную роль, когда в качестве стабилизаторов используются коллоидные ПАВ.

3. Структурно-механический фактор устойчивости. Он обусловлен тем, что на поверхности частиц дисперсной фазы образуются пленки, обладающие упругостью и механической прочностью, разрушение которых требует времени и затраты энергии. Этот фактор устойчивости реализуется в тех случаях, когда в качестве стабилизаторов используются высокомолекулярные соединения (ВМС).

4. Энтропийный фактор устойчивости. Коагуляция приводит к уменьшению числа частиц в системе, следовательно, к уменьшению энтропии (), а это приводит к увеличению свободной энергии системы. Поэтому система самопроизвольно стремится оттолкнуть частицы друг от друга и равномерно (хаотично) распределить по объему системы.

В реальных системах действуют, как правило, несколько факторов устойчивости. Каждому фактору соответствует специфический способ его нейтрализации.