Вопросыи задания для самоконтроля

1. Почему термодинамические неустойчивые лиофобные дисперсные системы проявляют некоторую устойчивость?

2. Какие виды устойчивости Вы знаете?

3. Перечислите факторы агрегативной устойчивости.

4. Что такое коагуляция? Перечислите основные причины коагуляции лиофобных золей.

5. От чего зависит скорость коагуляции лиофобных золей? перечислите основные положения теории быстрой коагуляции.

6. Перечислите правила электролитной коагуляции. Что такое порог коагуляции?

7. Охарактеризуйте теории устойчивости лиофобных золей ДЛФО. Что такое расклинивающее давление?

8. Перечислите закономерности коагуляции лиофобных золей электролитами.

9. Какие особые явления при коагуляции Вы знаете?

Глава 6 структурно-механические свойства дисперсных систем

Структурообразование является одним из вариантов коагуляции, которая протекает в дисперсных системах при больших концентрациях дисперсной фазы. При этом система приобретает комплекс новых свойств – структурно-механических (реологических), характеризующих сопротивление деформации (рис. 6.1).

Рис. 6.1. Структурообразование

К структурно-механическим свойствам дисперсных систем относятся закономерности структурообразования в дисперсных системах, а также совокупность механических и реологических свойств, таких как вязкость, упругость, пластичность и т.д.

6.1. Типы структур

По классификации П.А.Ребиндера в зависимости от природы действующих сил дисперсные системы делятся на коагуляционные и конденсационно-кристаллизационные.

Коагуляционные структуры образуются за счет сцепления между частицами под действием сил Ван-дер-Ваальса через прослойку дисперсионной среды (второй минимум потенциальной кривой взаимодействия частиц дисперсной фазы по теории ДЛФО). Системы с такой структурой обладают вязкостью и пластичностью, а при внешнем воздействии способны к обратимому разрушению, т.е. могут восстанавливаться во времени. К специфическим свойствам коагуляционных структур относятся: тиксотропия и синерезис.

Тиксотропия – способность системы изотермически восстанавливать структуру во времени после ее механического разрушения (способность к изотермическому превращению золя в гель). Явление тиксотропии объясняется разрывом контактов, образующих структуру геля, с последующим обратимым их восстановлением в результате броуновского движения частиц. Например: масляная краска благодаря быстрому структурообразованию не стекает с вертикальных стен, а быстро затвердевает; глинистые растворы нагнетают в нефтяные скважины при бурении для того, чтобы при остановке бурения быстро затвердевающая с тиксотропной структурой глина предупреждала осыпание стенок скважины. Явление, обратное тиксотропии, называется реопексией. Реопексия – возникновение и упрочнение структуры в результате механического воздействия. Примером реопексии может являться сбивание сливочного масла.

Синерезис – самопроизвольное уменьшение размеров геля с одновременным выделением наружу дисперсионной среды, содержащейся в петлях геля. Причиной этого явления является увеличение числа контактов между частицами с течением времени при постоянной концентрации частиц. Каркас геля при этом сжимается, выдавливая жидкость (дисперсионную среду), объем системы уменьшается. Процесс нарастания числа и прочности контактов между частицами во времени может привести к образованию монолитных сплошных тел. Так, в течение геологических эпох в природе протекает процесс: золь SiO₂ → силикагель → опал → халцедон → кварц.

Явление синерезиса обратимо: при увеличении влажности окружающей среды сухой гель (ксерогель) поглощает жидкость и восстанавливает прежний объем. Это явление, обратное синерезису, называется набуханием.

Конденсационно0кристаллизационные структуры (ККС) образуются не только за счет сил Ван-дер-Ваальса, но и за счет химических связей между частицами с последующим их срастанием и образованием жесткой объемной структуры: конденсационной – в случае аморфных частиц и кристаллизационной – в случае кристаллических частиц. Этому типу структурообразования отвечает коагуляция в первичном потенциальном минимуме по теории ДЛФО. Материалы с ККС обладают значительной механической прочностью, не пластичны, не способны к синерезису и тиксотропии. Механические свойства таких структур соответствуют свойствам самих частиц. Конденсационно-кристаллизационные структуры типичны для связнодисперсных систем.

Твердообразные структуры обоих типов имеют большое практическое значение, поскольку к ним относятся цементы, бетоны, грунты, глинистые суспензии, пасты, смазки, синтетические волокна и другие материалы.