Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология
Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии 


Устойчивость коллоидных систем




 

Устойчивость дисперсных систем характеризуется постоянством во времени распределения частиц дисперсной фазы по объему системы, а также по их величине (постоянство дисперсности) и связана с осаждением (седиментацией) частиц и их укрупнением (агрегацией). Различают седиментационную и агрегативную устойчивость дисперсной системы. Первая характеризует способность системы сохранять равномерное распределение частиц по объему дисперсионной среды, а вторая − способность сохранять неизменный размер частиц дисперсной фазы.

Седиментационная устойчивость. Во-первых, частицы дисперсной фазы участвуют в броуновском движении молекул и ионов дисперсионной среды, что приводит к диффузии коллоидных частиц – выравниванию их концентрации в объеме. Во-вторых, на них действует сила тяжести (ρфVg), направленная вниз, и сила Архимеда (ρсрVg), направленная вверх, где V − объем частицы, g − ускорение свободного падения. Результирующая сила, вызывающая направленное движение частиц, Fс = (ρф – ρср)Vg. Частицы будут двигаться вниз, если плотность частицы (ρф) будет больше, чем плотность дисперсионной среды (ρср) – седиментация, или всплывать в случае ρф < ρср – обратная седиментация (рис. 3.3).
В результате действия этих двух разнонаправленных факторов устанавливается седиментационно-диффузионное равновесие. Высокодисперсные системы достаточно длительное время могут находиться во взвешенном состоянии.

В грубодисперсных системах (суспензии, аэрозоли, эмульсии) диффузионная составляющая невелика, частицы оседают на дно, образуя осадок, или всплывают, образуя слой частиц на поверхности дисперсионной среды. Скорость осаждения частиц (v) в свободнодисперсных системах в гравитационном поле прямо пропорциональна радиусу частиц (r) в квадрате, разности плотностей частиц (ρф) и среды (ρср) и обратно пропорционально вязкости среды (η): .

Осаждение частиц под действием центробежной силы происходит с большей скоростью. При скорости вращения центрифуги ~ 103 − 104 об/мин центробежное ускорение значительно превышает ускорение свободного падения.

 
 

 

Рис. 3.3. Седиментация − оседание частиц дисперсной фазы:
а −в поле гравитации; б − в поле центробежных сил

 

Агрегативная устойчивость. В агрегативно устойчивых свободнодисперсных системах отсутствует непосредственный контакт между частицами, и они сохраняют свою индивидуальность. Если в процессе броуновского движения частицы при сближении соединяются, то это приводит к нарушению агрегативной устойчивости. Между твердыми частицами возникают непосредственные точечные контакты. Происходит коагуляция (от лат. coagulatio – свертывание, сгущение) − объединение частиц дисперсной фазы в агрегаты вследствие сцепления (адгезии) частиц при их соударениях. Для таких систем потеря агрегативной устойчивости означает также потерю седимeнтационной устойчивости.

Соприкосновение капель и пузырьков в процессе броуновского движения приводит к коалесценции − слиянию частиц внутри подвижной среды с быстрым сокращением суммарной площади межфазной поверхности.

Стабильность (устойчивость) дисперсной фазы и ее коагуляция определяются соотношением между силами притяжения и отталкивания частиц. Притяжение связано с межмолекулярным вза-имодействием поверхностей частиц (силы Ван-дер-Ваальса), а отталкивание главным образом определяется кулоновским взаимодействием одноименно заряженных частей двойного электрического слоя, возникающего в результате сорбции ионов на поверхности (см. п. 3.1.1). Энергия отталкивания (Eот) уменьшается с увеличением расстояния по экспоненциальному закону, а энергия притяжения (Eпр) обратно пропорциональна квадрату расстояния. Суммарное действие этих сил для двух коллоидных частиц описывается немонотонным изменением величины энергии (E(r) = Eпр + + Eот) от расстояния между частицами (r) (рис. 3.4).

 
 

Зависимость имеет два минимума (потенциальные ямы) глубиной ΔE1 и ΔE2, разделенные энергетическим барьером E. Вероятность слипания частиц при встрече определяется соотношением кинетической энергией частиц (Eк ~ kT), с одной стороны, и величиной ΔE1 и E, с другой. При этом возможны три варианта.

 

 

Рис. 3.4. Зависимость энергии взаимодействия коллоидных частиц
от расстояния между ними

 

1. Если глубина первого минимума и высота барьера невелики по сравнению с кинетической энергией частиц (ΔE1 < kT, E < kT), то частицы сближаются на расстояние, соответствующее второму минимуму, элементарный акт коагуляции приводит к непосредственному контакту их поверхностей (r → 0). Происходит быстрая коагуляция с образованием грубодисперсных систем. Система агрегативно неустойчива.

2. Если глубина первого минимума и высота барьера больше, чем кинетическая энергия частиц (ΔE1 > kT, E > kT), то они сближаются на расстояние, соответствующее первому минимуму. Происходит флокуляция – образование агрегатов коллоидных частиц, между которыми находится прослойка дисперсионной среды (флокул). Необходимо отметить, что при относительно большой концентрации золя может произойти полное структурирование и образоваться связнодисперсная система.

3. Если глубина первого минимума меньше, чем кинетическая энергия частиц (ΔE1 < kT), а высота барьера больше (E > kT), то частицы не слипаются. Система агрегативно устойчива.

Вызвать коагуляцию агрегативно устойчивых систем можно нагреванием, которое приведет к увеличению кинетической энергии частиц, что позволит им преодолевать потенциальный барьер. Кроме того, ее можно вызвать уменьшением высоты энергетического барьера, связанной с величиной ζ-потенциала, зависящего от концентрации электролита в дисперсионной среде. Поэтому можно вызвать коагуляцию добавлением в коллоидный раствор электролита.

Все электролиты при определенной концентрации вызывают коагуляцию агрегативно устойчивых систем. Минимальное количество электролита, необходимое для начала коагуляции (помутнение раствора), − порог коагуляции (С – концентрация, VЭ − объем электролита; VЗ − объем золя). Ион-коагулятор − ион одного знака с ионами, образующими диффузионный слой. Большим коагулирующим действием обладают ионы с большей величиной заряда и бόльших размеров (правило Шульце–Гарди).

Пептизация – процесс, обратный коагуляции, самопроизвольный распад агрегатов, образованных слипшимися частицами, на отдельные первичные частицы. Пептизация может происходить при промывании осадка, удалении коагулирующих реагентов, повышении температуры и др.

 





Рекомендуемые страницы:


Читайте также:

  1. I) Получение передаточных функций разомкнутой и замкнутой системы, по возмущению относительно выходной величины, по задающему воздействию относительно рассогласования .
  2. I. Естествознание в системе науки и культуры
  3. I. Логистика как системный инструмент.
  4. I. ПОЧЕМУ СИСТЕМА МАКАРЕНКО НЕ РЕАЛИЗУЕТСЯ
  5. I. РАЗВИТИИ ЛЕКСИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ЯЗЫКА У ДЕТЕЙ С ОБЩИМ НЕДОРАЗВИТИЕМ РЕЧИ
  6. II. О ФИЛОСОФСКОМ АНАЛИЗЕ СИСТЕМЫ МАКАРЕНКО
  7. II. Система обязательств позднейшего права
  8. II. Соотношение — вначале самопроизвольное, затем систематическое — между положительным мышлением и всеобщим здравым смыслом
  9. V) Построение переходного процесса исходной замкнутой системы и определение ее прямых показателей качества
  10. VI. ОБСЛЕДОВАНИЕ БОЛЬНОГО ПО ОРГАНАМ И СИСТЕМАМ
  11. VIII. Общение и система взаимоотношений
  12. А НЕ О СИСТЕМЕ: КОРОТКАЯ ПОЗИЦИЯ ПО ФУНТУ СТЕРЛИНГОВ, НЕПРЕРЫВНЫЕ ФЬЮЧЕРСЫ


Последнее изменение этой страницы: 2017-03-11; Просмотров: 371; Нарушение авторского права страницы


lektsia.com 2007 - 2019 год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! (0.007 с.) Главная | Обратная связь