
3.2.Гелеобразование.
Структурообразование в дисперсных системах происходит в результате сцепления частиц дисперсной фазы. Приводит к образованию пространственного структурного каркаса и возникновению структурной вязкости или отверждению системы. Структурообразование в жидких дисперсных системах называют гелеобразованием, т.е. гелеобразование – это переход коллоидной системы из свободнодисперсного состояния (золя) в связнодисперсное состояние (гель). При этом процессе только часть поверхности частиц теряет стабильность и слипается. В результате частицы образуют пространственную сетку, в петлях которой находится дисперсионная среда. Наличие такой жидкостной прослойки между частицами обуславливают меньшую прочность структуры, но зато придают ей пластичность, а в некоторых случаях и эластичность.
На процесс гелеобразования влияют следующие факторы:
Концентрация дисперсной фазы. С повышением концентрации возрастает число контактов и скорость их возникновения.
Размеры частиц. Чем они меньше при постоянной массовой концентрации дисперсной фазы, тем больше образуется контактов.
Форма частиц. Гелеобразование облегчается, если частицы анизодиаметральны, т.е. частицы, имеющие различающиеся размеры по разным направлениям (нити, ленточки, пластины и т.д.).
Температура. При повышении температуры скорость гелеобразования увеличивается. Однако в результате повышения интенсивности броуновского движения гели могут переходить даже в неструктурированные жидкости.
Механическое воздействие. Обычно перемешивание препятствует образованию геля. Однако в некоторых случаях скорость образования геля можно значительно увеличить, если сосуд медленно вращать. Это явление получило название реопесии. Однозначного объяснения этого явления нет, но некоторые ученые считают, что причиной реопсии является возникновение в системе турбулентности, ускоряющей установление контактов между частицами.
Коагуляция – слипание частиц дисперсной фазы в коллоидных системах. Происходит при столкновении частиц в процессе броуновского движения или при перемешивании дисперсной среды. В образующихся агрегатах (хлопьях) частицы связаны молекулярными силами непосредственно или через прослойку дисперсной среды.
Важнейшим фактором, препятствующим коагуляции, является наличие на коллоидных частицах электрических зарядов. Вследствие одноименности этих зарядов, золь заметно не коагулирует даже при долгом хранении, т.е. является весьма устойчивым. Очевидно, что лишение коллоидных частиц их электрического заряда (хотя бы частичное) должно понижать устойчивость золей и способствовать их коагуляции. Такое разряжение может быть достигнуто добавлением к коллоидному раствору электролитов. Разряжение коллоидных частиц может быть достигнуто прибавлением не только электролитов, но и противоположно заряженных коллоидов.
3.3. Старение
Как показывают многочисленные исследования, гели с течением времени меняют свои свойства, т. е. стареют. В процессе старения на их поверхности начинают появляться капельки жидкости, которые затем сливаются вместе, образуя сплошную жидкую фазу. Происходит разделение геля на две фазы — дисперсионную и дисперсную. Подобный самопроизвольно возникающий процесс старения геля получил название синерезиса или отмокания. Синерезис обусловлен возрастанием во времени числа и прочности контактов между частицами, а в некоторых случаях – возникновением кристаллизационных мостиков между частицами. В результате синерезиса гелеобразная система может превратиться в сплошное кристаллическое тело.