16. Электростатическая составляющая расклинивающего давления

Причины возникновения – возникает при перекрывании диффузной части ДЭС при сближении частиц.

Механизмы возникновения заряда:

1. Диссоциационный – гидратация поверхностных молекул, затем их диссоциация. Ионы, которые хорошо гидратируются – «уходят», а плохо гидратирующиеся – остаются на поверхности (потенциал определяющие ионы).

2. Адсорбционный – за счет специфической адсорбции. Ионы могут достраивать кристаллическую решетку или адсорбироваться на поверхности

3. Ориентационный механизм – ориентация полярных молекул на границе раздела фаз.

Количественные параметры ДЭС:

φ₀ – потенциал поверхности. В плотном слое потенциал уменьшается линейно, в диффузном слое уменьшается по экспоненте.

φ – потенциал Штерна.

Толщина диффузного слоя, λ = √[(εε₀RT)/(2F²I)], максимальная толщина ~150 – 200 нм

Уравнение:

│φ_δ│< 25 мВ, r >> λ

U(H)_эл = 4πεε₀ (r₁r₂)/(r₁ + r₂) φ_δ² ln(1 + e^-æh)

Физический смысл входящих величин:

ε - относительная диэлектрическая проницаемость, ε0 = 8,854 * 10-12 Ф/м

h – расстояние между частицами

r₁ , r₂ – радиусы частиц

φ_δ – электрический потенциал диффузного слоя

æ = 1/ λ обратный Дебаевский радиус

16.1 Способы изменения величины U(H)_эл

1) при h  2 λ; U(H)_эл 0 (300 – 400 нм)

При h  0; U(H)_эл  const

2) диэлектрическая проницаемость среды: с ее уменьшением U(H)_Эл тоже уменьшается.

3) радиус частицы: с увеличением радиуса U(H)_Эл возрастает

4) ионная сила: При повышении ионной силы, толщина диффузного слоя (λ) уменьшится, æ – возрастет, в итоге U(H)_эл уменьшится

5) потенциал поверхности (φ₀ ). При его увеличении, U(H)_эл увеличится.

6) φ₀₁ < 0; φ₀₂ < 0 , при перекрывании U(H)_эл > 0;

φ₀₁ < 0; φ₀₂ > 0 , U(H)_эл < 0 – притяжение частиц. Гетерокоагуляция – слипание разноименно зараженных частиц.

6. потенциал Штерна

17. Структурная составляющая расклинивающего давления u(h)с

Под действием молекулярных сил происходит (1 – го рода) происходит изменение структуры вблизи межфазной поверхности.

17.1 Причины возникновения гидрофильного отталкивания и гидрофобного притяжения

□ при Θ < 10, U(H)_с > 0 – возникает гидрофильное отталкивание при перекрывании слоев

□ при Θ > 50 поверхность «гидрофобная». При перекрывании слоев возникает гидрофобное притяжение (U(H)_с < 0).

□ при 10 < Θ < 50 – при сближении дополнительных эффектов не возникает

Причины в строении слоев воды на соответствующих поверхностях.

На гидрофильной поверхности (SiO2)

Диполи воды плотно упакованы и ориентированы по нормали к поверхности. Этот слой имеет более высокую вязкость и плотность, чем вода в равновесном объеме. Взаимодействие проявляется на расстоянии ~6 нм.

Гидрофобная поверхность (графит, тефлон)

Вблизи поверхности диполи воды ориентируются параллельно поверхности. Структурно измененный слой обладает пониженной сдвиговой вязкостью, проявляется гидрофобное притяжение.

17.2 Уравнение для расчета U(H)_с

Уравнение Дерягина:

U(H)_с = 2π(r₁r₂)/(r₁ + r₂)exp(-l/n)Kl²

K [Н/м2] – величина константы зависит от того, как ориентированы диполи воды на поверхности

□ гидрофильная K > 0

□ гидрофобная K < 0

l [м] – корреляционная длина

□ гидрофильная l = 0,1 = 1,1 нм

□ гидрофобная l = 1 – 12 нм