10. Устойчивость дисперсных систем.

Эта проблема одна из важнейших в коллоидной химии. Дисперсные системы принципиально термодинамически неустойчивы, т.е. рано или поздно должны самопроизвольно разрушиться.

Поэтому речь может идти только об относительной термодинамической устойчивости. Под относительной устойчивостью будем понимать способность системы в течении определенного времени сохранять неизменными размеры частиц и распределение их в объеме системы. Относительная устойчивость колеблется от нескольких секунд до сотен лет. Следовательно, существуют причины длительного существования принципиально неустойчивых термодинамических систем.

По Пескову (1920г) относительная устойчивость д.с. подразделяют на:

1. Седиментационную (устойчивость к осаждению)

2. Агрегативную (устойчивость к агрегации)

10.1 Седиментационная устойчивость дисперсных систем

Под седиментацией понимают оседание частиц дисперсной фазы, т.е. изменение распределения частиц по объему системы или способность системы противостоять действию силы тяжести или центробежных сил (при центрифугировании). Свойственна эмульсиям, суспензиям, аэрозолям.

Чтобы оценить седиметационную устойчивость, нужно знать r, η, ρ, ρ_o. Седиментации противостоят: тепловое движение и диффузия частиц. При оседании на частицу действуют 3 вида сил: F_g (гравитация), F_a (Архимеда), F_тр (трения). Состояние равновесия:

; ; ;

т.е. чем больше , тем больше , замедляющие оседание. В стационарном режиме: ;

для сферических частиц , .

Для характеристики процесса седиментации вводят удельный поток седиментации:

, ν – концентрация частиц.

Однако диффузия стремится выровнять концентрацию частиц в объеме

,

Предположим:

1. . В этом случае Т и должны быть малы, а и ν – велики, но сильная зависимость от «r». Это неравенство выполняется при r > 10^-7 м и система будет седиментационно неустойчивой.

2. . Выполняется, когда Т и - велики, а и ν – малы, но опять сильнее зависимость от r. Неравенство выполняется при r < 10^-7 м (можно пренебречь седиментацией). Система относительно седиментационно устойчива.

3. При . В системе имеет место седиментационно-диффузионное равновесие, т.е.

разделив переменные и проинтегрировав по высоте от «0» до «h» получим:

гипсометрический закон Лапласа-Перрена наблюдается при r ≈ 10^-7 м.

Для SiO₂ в воде:

r, м	10^-5	10^-6	10^-7	10^-8	10^-10
, см/сек	3,6∙10^-2	3,6∙10^-4	3,6∙10^-6	3,6∙10^-8	3,6∙10^-10
τ, (1 см)	28 сек	46 мин	77,5 час	323 дн	89 лет

Величину называют кинетической константой седиментации, устойчивой ксу, измеряется в 1/сб, 1 сб^-1=10¹³ сек^-1.

Под термодинамической константой седиментационной устойчивости (тсу) понимают гипсометрическую высоту («с» уменьшается в «е» раз). На нее не влияет вязкость.