15. Понятие о поверхностных силах 1-го и 2-го рода

По представлениям Дерягина, Чураева различают 2 вида поверхностных сил:

ПС I рода. К ним относят молекулярные и электростатические силы. Проявляются при наличии поверхности раздела фаз. Электростатические силы действуют, если есть поверхностный заряд. Их действие приводит к изменению состава и структуры дисперсионной среды вблизи межфазной поверхности, т.е. к формированию поверхностных слоев. Формируются адсорбционные слои (изменяется состав среды), сольватация (изменяется структура среды), ДЭС.

ПС II рода. Возникают, когда при сближении частиц происходит перекрытие тех областей, в которых действуют ПС I рода ( при перекрывании ДЭС). Эти силы отнесены к единице площади межфазной поверхности и называются расклинивающим давлением. В зависимости от природы поверхностных слоев различают 5 составляющих.

U(H) = U(H)_мол + U(H)_эл + U(H)_с + U(H)_адс + U(H)_стер

Молекулярная составляющая, U(H)_мол обусловлена действием дисперсионных сил между атомами, из которых состоят частицы.

Электростатическая составляющая, U(H)_эл – возникает за счет перекрывания диффузных слоев ДЭС при сближении частиц.

Структурная составляющая, U(H)_с – обусловлена перекрытием структурно измененных (сольватных) слоев дисперсной среды, свойства которых отличны от свойств самой среды.

Адсорбционная составляющая, U(H)_адс – за счет изменения энергии молекулярного притяжения частиц при наличии на их поверхности адсорбционных слоев из НПАВ и полимеров.

Стерическая составляющая, U(H)_стер – обусловлена изменением энтропии системы при перекрывании адсорбционных слев.

15.1 Уравнение энергии молекулярной составляющей

(макроскопическая теория Гамакера). В основе теории лежит свойство аддитивности дисперсионных сил, возникающих за счет флуктуации.

- 2 ÷ 3 Ǻ, Uд ~ 1/Н⁶

- U_адс ~ 1/Н³

- 200 ÷ 300 Ǻ, U_м~ 1/Н

Уравнение Гамакера:

U_м = - Ar₁r₂/[6(r₁+r₂)H]

r_1, r₂, радиусы частиц;

Н – расстояние между частицами

А – константа Гамакера. ~10^-19÷10^-20 Дж – определяется плотностью упаковки атомов, их полярностью и энергией ионизации. => А определяется интенсивностью межмолекулярных взаимодействий внутренней фазы. Полярные частицы в вакууме притягиваются сильнее, чем неполярные.

Для взаимодействия частиц в конденсированных средах в уравнение Гамакера подставляют сложную константу (А*)

А* = А₁₁ + А₂₂ – 2А₁₂

А₁₁ – вакуумная (?) константа Гамакера для частиц дисперсной фазы

А₂₂ – константа Гамакера для частиц дисперсионной среды

А₁₂ – определяется интенсивностью межмолекулярных взаимодействий на границе раздела фаз. Чем они сильнее, тем больше А₁₂ , тем меньше А* (силы притяжения между частицами уменьшаются).

15.2 Причины агрегации частиц дисперсной фазы в порошках

1) Н  0, Uм  - ∞ (H > 200 – 300 нм)

2) с ростом А*, IUмI повышается. В реальных условиях, если взаимодействия частиц слабое, А ничем не отличается от А*. Частицы склонны к агрегации.

3) К агрегации склонны высокодисперсные частицы малых размеров.

4) r1 = const, r2 повышается: Гетороадагуляция – прилипание высокодисперсных частиц к поверхности макротел. Их трудно разделить.

Молекулярные силы всегда работают на притяжение. Но если частицы имеют разную природу, то возможно отталкивание.