Факторы, определяющие агрегативную устойчивость коллоидных систем

1. Электростатический фактор – обусловлен наличием на поверхности частиц двойного электрического слоя и потенциала.

Чем больше силы отталкивания, тем выше потенциальный барьер, и тем более устойчива коллоидная система. Силы отталкивания обусловлены одноименным зарядом частиц, величина которого определяется потенциалом. Следовательно, чтобы увеличить силы отталкивания необходимо повысить потенциал (см. п. 3.4. «Факторы, влияющие на потенциал).

Электрокинетический потенциал тем выше, чем шире ДЭС и больше потенциал ядра .

Для того, чтобы увеличить потенциал, необходимо ввести в золь стабилизатор, т.е. неиндифферентный электролит, повышающий потенциал ядра, а, следовательно, и потенциал. Например, если в золь (43)

добавить небольшое количество , то ионы , изоморфные ионам , будут адсорбироваться на поверхности агрегата , в результате и потенциалы увеличатся.

Для повышения потенциала при неизменном потенциале необходимо увеличить толщину диффузного слоя, которая согласно уравнению (41)

. (41)

увеличивается с повышением температуры и понижением ионной силы раствора.

Следовательно, для увеличения устойчивости системы необходимо уменьшить концентрацию противоионов, что достигается при очистке золя. При этом происходит дезагрегация коллоидных частиц (уменьшение размера) или, если выпал осадок – переход его в коллоидное состояние (пептизация).

При повышении температуры усиливается броуновское движение частиц, в результате чего устойчивость коллоидных систем также увеличивается.

2. Структурно-механический (адсорбционно-сольватный) фактор.

Д ля сохранения устойчивости системы частицы не должны приближаться на расстояния, где проявляются дальнодействующие силы притяжения (II min). Для этого в системы вводят стабилизаторы – ВМС или ПАВ, которые адсорбируясь на поверхности частиц, образуют 3-х мерную защитную оболочку, не позволяющую частицам сближаться на критическое расстояние.

В качестве стабилизаторов в пищевой промышленности применяют желатин и другие белки, полиакриламид . Однако введение стабилизаторов не всегда способствует повышению устойчивости, необходимо правильно подбирать концентрацию стабилизатора. Если добавить недостаточное количество стабилизатора, то его макромолекулы своими концами могут адсорбироваться сразу на нескольких частицах, связывая их мостиками (рис. 48). В результате вместо стабилизации происходит укрупнение частиц и образование флокул, выпадающих в виде рыхлого осадка. Такой процесс называют флокуляцией, а вещества, его вызывающие – флокулянтами.

4.3. Коагуляция гидрофобных дисперсных систем

Коагуляция – процесс слипания частиц дисперсной фазы с образованием крупных агрегатов.

Коагуляция идет самопроизвольно и является следствием нарушения агрегативной устойчивости лиофобных золей. В результате коагуляции система теряет свою седиментационную устойчивость, так как частицы становятся слишком крупными и не могут участвовать в броуновском движении. Разрушение коллоидной системы идет в следующей последовательности:

Нарушение агрегативной устойчивости

→

Коагуляция

→

Нарушение седиментационной устойчивости

Различают две стадии коагуляции:

1. медленная (скрытая) коагуляция: частицы укрупняются, но не теряют седиментационной устойчивости;

2. быстрая (видимая) коагуляция: частицы теряют седиментационную устойчивость, при этом, если плотность частиц больше плотности дисперсионной среды, образуется осадок.

Количественной характеристикой коагуляции является скорость коагуляции. Скорость коагуляции – это изменение концентрации коллоидных частиц в единицу времени при постоянном объеме системы:

.

Знак “–“ стоит перед производной, так как концентрация частиц со временем уменьшается, а скорость всегда положительна.

Чтобы началась коагуляция, частицы должны преодолеть потенциальный барьер . Для этого необходимо уменьшить силы отталкивания, обусловленные одноименным зарядом частиц, т.е. понизить потенциал. Экспериментально установлено, что коагуляция начинается при . Электрокинетический потенциал тем ниже, чем меньше толщина диффузионного слоя противоионов . Согласно уравнению (41) уменьшается при снижении температуры (замедляется броуновское движение), добавлении веществ, понижающих диэлектрическую проницаемость дисперсионной среды, и увеличении ионной силы раствора в результате введения электролитов.