6. Факторы устойчивости коллоидных растворов. Коагуляция. Порог коагуляции. Правило Шульце-Гарди.

Под устойчивостью дисперсной системыпонимают постоянство во времени ее состояния и основных свойств: дисперсности, равномерного распределения частиц дисперсной фазы в объеме дисперсионной среды и характера взаимодействия между частицами.

Агрегативная устойчивость дисперсных систем определяется термодинамическими и кинетическими факторами.

Термодинамические факторы, действие которых направлено на снижение поверхностного натяжения и увеличение энтропии, уменьшают вероятность эффективных соударений между частицами, создают потенциальные барьеры:

1. электростатический фактор заключается в уменьшении поверхностного натя­­же­ния вследствие возникновения двойного электрического слоя на поверхности частиц. Он способствует созданию электростатических сил отталкивания, возрастающих при увеличении потенциала поверхности частиц  и особенно электрокинетического потенциала  ;

2. адсорбционно-сольватный фактор состоит в уменьшении межфазного натяжения и энергии Гиббса поверхности раздела в результате взаимодействия частиц с дисперсионной средой (уравнение Дюпре) или благодаря адсорбции стабилизаторов (адсорбционное уравнение Гиббса);

3. энтропийный фактор проявляется в стремлении дисперсной фазы к равномерному распределению по объему системы за счет теплового движения. Он является дополнительным к двум первым факторам и действует в высокодисперсных системах, частицы дисперсной фазы которых участвуют в броуновском движении.

Кинетические факторы устойчивости (стабилизации) снижают скорость столкновения частиц, влияя в основном на гидродинамические свойства систем:

1) структурно-механический связан с образованием на поверхности частиц защитных слоев (пленок), обладающих упругостью, механической прочностью и стойкостью к разрушению (на разрушение таких защитных слоев требуются энергия и время);

2) гидродинамический - снижение скорости движения и соответственно скорости агрегации вследствие изменения вязкости среды, плотности дисперсной фазы и дисперсионной среды.

В реальных системах агрегативная устойчивость обычно обусловливается одновременным действием нескольких факторов. При этом основную роль играют два фактора: электростатический барьер, создаваемый силами оттал­кивания, и адсорбционно-сольватный барьер, окружающий частицу и механи­чески препятствующий ее сближению с другими частицами.

Коагуляция коллоидных растворов

Укрупнение частиц дисперсной фазы при потере агрегативной устойчивости достигается в результате изотермической перегонки (растворение мелких и рост крупных частиц в соответствии с уравнением Кельвина) или за счет слипания (слияния) частиц –коагуляции. Наиболее распространен последний процесс.

Коагуляцию могут вызвать различные факторы: механические воздействия (интенсивное встряхивание, перемешивание, перекачивание по трубам), воздействие ультразвука и электрического поля, действие света и различного рода излучений, изменение температуры (сильное нагревание или охлаждение вплоть до замораживания), сильное разбавление или концентрирование (изменение состава дисперсионной среды и др.). Однако наиболее важную роль в коагуляции играют электролиты. При добавлении к коллоидным растворам они чрезвычайно быстро и резко влияют на толщину двойного электрического слоя и потенциал, являющийся одним из главных факторов устойчивости гидрофобных коллоидов.

Для начала явной коагуляции в присутствии электролита необходимо, чтобы его концентрация превысила некоторую минимальную (критическую) величину – порог коагуляции ( или С_к).

Величину, обратную порогу коагуляции, называют коагулирующей способностьюи обозначают V_к(V_к= 1/С_к). Последняя выражает число объемов золя, скоагулированного одним молем иона-коагулятора.

Следует иметь в виду, что величина порога коагуляции зависит от ряда условий: момента его фиксирования после внесения электролита, метода наблюдения, концентрации исследуемого золя и др., которые необходимо указывать

Коагулирующей частью электролита является тот ион, который несет заряд, противоположный по знаку заряду коллоидной частицы, т.е. для положительных золей коагуляторами являются анионы, а для отрицательных – катионы. Коагулирующая способность электролита сильно возрастает с валентностью иона-коагулятора: ионы высшей валентности имеют порог коагуляции значительно меньше, чем ионы меньшей валентности. Все эти закономерности, найденные Шульце и Гарди и подтвержденные многочисленными исследователями, известны как правило Щульце-Гарди.