7.4. Koллoидныe систeмы.
Системы, характеризуемые степенью дисперсности D = 107 – 109 1/м, относят к коллоидным. Для коллоидной системы выражение для свободной энергии Гиббса можно записать в следующей форме:
ΔG = ΔН – SΔT + pΔV + σΔs + φΔq,
где G – энергия Гиббса; S - энтропия; T - температура; V - объем; p - давление; σ - поверхностное натяжение; s - площадь поверхности; φ - электрический потенциал; q - количество электричества (заряд).
Различают два вида неустойчивости коллоидных систем: седиментационную и агрегационную. К явлениям, происходящим вследствие стремления к самопроизвольному снижению поверхностного натяжения, относится среди прочих такое важное с научной и практической точки зрения, как адсорбция.
Не следует путать адсорбцию и абсорбцию: термином абсорбция обозначается процесс проникновения частиц среды под поверхность вглубь поглощающей фазы. В зависимости от механизма адсорбции ее принято подразделять на следующие виды: физическая; химическая адсорбция, или хемосорбция; ионный обмен.
В зависимости от агрегатного состояния граничащих фаз сорбционные процессы могут происходить, в основном, в системах газ/твердое тело, жидкость/твердое, жидкость/жидкость и газ/жидкость.
Для количественного описания сорбции используют величину так называемой гиббсовской адсорбции Г, которая определяется через разность концентраций вещества в среде до начала и после окончания процесса адсорбции. Дальнейший анализ термодинамических параметров и функций в применении к процессу адсорбции приводит к следующей зависимости, называемой уравнением адсорбции Гиббса:
Г = – C / RT(∂σ/∂C).
Если
с увеличением концентрации определенного
компонента системы поверхностное
натяжение уменьшается (∂σ/∂C)≤0,
то вещество, приводящее к такому эффекту,
называется поверхностно-активным
(ПАВ). Вещества, действующие противоположным
образом, то есть когда (∂σ/∂C)≥0,
называются отрицательно
поверхностно-активными
(ОПАВ). Обширна также и группа инактивных
ОПАВ. Эта группа объединяет практически
все неорганические соли.
Было обнаружено, что на поверхности коллоидной частицы образуется электрический заряд, определяющий многие особенности и возможности применения коллоидов. Различают три возможных механизма образования двойного электрического слоя на поверхности коллоидной частицы.
Двойной электрический слой образуется в результате поверхностной ионизации.
Согласно второму механизму образование двойного электрического слоя происходит благодаря адсорбции.
Если межфазная поверхность образована веществами, не способными обмениваться зарядами, то двойной электрический слой может образовываться благодаря ориентированию полярных молекул сопряженных фаз.
Межфазное взаимодействие, или взаимодействие между приведенными в контакт поверхностями конденсированных тел разной природы называют адгезией. Явление адгезии весьма распространено, оно встречается как в природе, так и во многих отраслях современной технологии.