14.2. Пасты, гели и осадки как структурированные системы

При увеличении концентрации частиц дисперсной фазы системы из свободнодисперсных превращаются в связнодисперсные. Связнодисперсные системы, в которые переходят суспензии, называют пастами. Золи переходят в гели. Пасты и гели образуют структуры, и для них характерны структурно-механические свойства, которые были рассмотрены ранее (см. гл. 11).

Пасты представляют собой концентрированные суспензии или осадок, который образуется в результате потери суспензией седиментационной устойчивости. Кроме того, пасты могут быть приготовлены искусственно путем растирания твердых тел или порошков в жидкой среде.

Осадки золей в отличие от осадков суспензий могут переходить обратно в коллоидный раствор.

Этот процесс, обратный коагуляции, т.е. распад агрегатов до первичных частиц и переход части осадка во взвешенное состояние, называется пептизацией. Для высокодисперсных систем динамическое равновесие между коагуляцией и пептизацией можно представить следующим образом:

(14.1)

где Е — энергия связи между частицами; z — координационное число частицы в пространстве агрегата; V₁ — объем, приходящийся на одну частицу; V_э — эффективный объем, в котором происходит смещение частиц относительно положения равновесия в агрегатах; k — постоянная Больцмана.

Для лиофильных дисперсных систем, которые характеризуются низким межфазовым поверхностным натяжением и незначительной энергией связи Е, реализуется условие 0,5 zE < kT ln(V₁/V_э), и коагуляция термодинамически невозможна. В лиофобных системах, когда энергия связи частиц Е значительна, коагуляцию можно считать практически необратимой.

Пептизация может протекать под действием электролитов, при этом восстанавливается ДЭС, повышается ζ-потенциал, а силы электростатического отталкивания преобладают над силами межмолекулярного взаимодействия (см. рис. 10.5). Пептизация также может происходить под действием растворов ПАВ, молекулы которых адсорбируются на границе раздела фаз и образуют адсорбционные слои, способные противодействовать сближению частиц.

В результате действия электролитов или растворов ПАВ между частицами возникает дополнительная сила отталкивания. Связь и контакт между частицами нарушаются, осадок распадается на отдельные частицы коллоидного размера. Эти частицы из области большей концентрации (осадок) переходят за счет диффузии в область меньшей концентрации, т.е. во взвешенное состояние, образуя золь.

П

Рис. 14. Изменение массы перешедшего в раствор осадка m_ос в зависимости от концентрации пептизатора С

ептизация протекает с определенной скоростью и зависит от концентрации электролита-пептизатора (рис. 14). В начале процесса при незначительной концентрации электролита переход осадка в раствор не наблюдается (участок I) — происходит адсорбция пептизатора на поверхности частиц. По мере увеличения концентрации пептизатора (участок II) количество осадка, перешедшего в коллоидный раствор, резко возрастает. При дальнейшем увеличении концентрации пептизатора весь осадок переходит в коллоидный раствор (участок III).

Г л а в а 15