§ 9. Виды и факторы устойчивости дисперсных систем

Проблема устойчивости дисперсных систем — одна из основных в коллоидной химии. Как уже отмечалось, устойчи­вости суспензоидов и молекулярных коллоидов существенно различаются.

Растворы высокомолекулярных соединений (молекуляр­ные коллоиды) и некоторые лиофильные коллоиды (глины, мыла) являются термодинамически устойчивыми системами, поскольку они диспергируются самопроизвольно и при этом свободная энергия системы уменьшается, т. е. AF < 0.

В суспензоидах (лиофобных коллоидах) диспергирование не может идти самопроизвольно вследствие малого сродства дисперсной фазы к среде. Оно совершается либо за счет внеш­ней работы, либо за счет других процессов, протекающих в системе спонтанно (например, химических). При образовании таких систем свободная энергия увеличивается (AF > 0).

Несмотря на термодинамическую неустойчивость, многие лиофобные системы оказываются вполне устойчивыми кинети­чески, не изменяясь заметно в течение длительного времени (иногда десятки лет). Такие системы существуют в метаста-бильном состоянии.

По предложению Н. П. Пескова, для дисперсных систем различают два вида устойчивости — кинетическую (седимен-тационную) и агрегативную.

Под кинетической истшмшшшью следует понимать спо^ собность дисперсной фазы находиться во взвешенном состоя­нии и не седиментироваться. Высоко дисперсные системы явля--ются кинетически устойчивыми, для них характерно установ-

лeнJ^e_ceJJlмeIlтaциoннo-диффyзиoннoгp равновесия. Грубо-

Дйспелдсные сдістємьі (суспензии, эмульсии) ккттетически неуо⁷ тойчивы. В них достаточно быстро происходит^эадделение фазы и среды.

Агрегативная устойчшошь_^₌зіо_сгіособность системы со­хранять определенную стедень^исперсности, не объединяясь в боле^кр"уп1Тьіе^Трегатьі. Наруїнение агрегативнюи^^тдй^чи"-^-вости, происходящее вследстаи^слипащН^дервичных части-чек в более крупные агрегаты, и в жше^гноіОЇЇЄте_вьтадение дисперснои~'фазы в осадок назъшаедхя коагиляиией. Процесс, коагуляции может идти самопроизвольно, поскольку в этом случае система, уменьшая свою общую поверхность, переходит в более выгодное энергетическое состояние. Дисперсные си­стемы в большинстве случаев агрегативно неустойчивы.

Каковы же причины того, что многие суспензоиды могут со­хранять свою стабильность достаточно долго? К факторам устой­чивости можно отнести следующие свойства дисперсных систем:

1. наличие электрического заряда у дисперсных частичек;

2. способность к сольватации (гидратации) стабилизирующих ионов; 3) адсорбционно-структурирующие свойства систем.

Электрический фактор устойчивости лиофобных золей за­ключается в том, что дисперсные частички несут на себе одно­именные заряды, в результате чего при встрече частички от­талкиваются друг от друга и притом с тем большей силой, чем выше их ^-потенциал. Электрический фактор может быть ис­пользован для повышения или понижения устойчивости лио-фобных золей путем изменения концентрации стабилизиру­ющих ионов.

Однако этот фактор не всегда является определяющим для агрегативной устойчивости золей. Известны случаи, когда увеличение ^-потенциала коллоидных частичек не повышает их устойчивость, а понижает ее. И наоборот, некоторые систе­мы сохраняют агрегативную устойчивость в изоэлектрической состоянии.

Вторым фактором устойчивости суспензоидов является сольватационный (гидратационный) эффект. Гидратная обо­лочка противоионов диффузного слоя является средством за­щиты дисперсных частичек от слипания. Чем больше гидрати-рованы противоионы в диффузном слое, тем толще общая гид-ратная оболочка вокруг гранул и тем стабильнее дисперсная система.

Согласно теории устойчивости дисперсных систем, разрабо­танной Б. В. Дерягиным в 1945 г., сольватные (гидратные) оболочки обладают упругими свойствами. Упругие силы соль-ватных слоев оказывают расклинивающее действие на дис­персные частички и не дают им сближаться.

Третий фактор устойчивости связан с адсорбционными свойствами дисперсных систем. Как известно, на хорошо раз­витой поверхности дисперсной фазы обычно легко адсорби­руются молекулы ПАВ и ВМС. Большие размеры молекул, несущих собственные сольватные оболочки, создают на поверх­ности частичек адсорбционно-сольватные слои значительной протяженности и плотности. Устойчивость таких дисперсий близка к устойчивости лиофильных систем. П. А. Ребиндер с сотрудниками, изучавшие свойства адсорбционно-сольват-ных слоев, пришли к выводу о том, что эти слои обладают определенной структурой и создают структурно-механический барьер на пути сближения дисперсных частичек.

Адсорбционные макромолекулярные слои являются весьма сильным фактором стабилизации, обеспечивая устойчивость дисперсной системы даже при очень высоких концентрациях дисперсной фазы.

Способность ВМС к образованию адсорбционно-сольват-ных слоев на поверхности лиофобных частичек называется защитным действием. Это явление широко распространено в живой природе и будет рассмотрено ниже.