Устойчивость коллоидных дисперсных систем. Коагуляция. Пептизация. Коллоидная защита

6.1. Устойчивость дисперсных систем

Устойчивость коллоидных дисперсных систем — это неизменность во времени их основных характеристик: дисперсности, взаимодействий между частицами и равномерности распределения частиц дисперсной фазы по всему объему системы.

Седиментационная устойчивость — устойчивость против оседания. Характеризует способность системы сохранять равномерное распределение частиц по объему дисперсионной среды.

F_A – сила Архимеда; V – объем частицы; ρ₀ – плотность дисперсионнойсреды; g – ускорение свободного падения;F_g – сила тяжести; ρ – плотность дисперсной фазы

Если  > ₀ — оседание (седиментация);

Если  < ₀ — обратная седиментация (характерна для пен и многих жидких эмульсий).

Движение частиц вниз –– седиментационный поток.

Движение частиц вверх –– диффузионный поток.

Условие седиментационного равновесия — компенсация седиментационного потока (сверху вниз) диффузионным потоком (снизу вверх), характерно для систем с частицами, способными участвовать в броуновском движении, размерами 10^–6 – 10^–7 см (золей).

Агрегативная устойчивость — устойчивость частиц дисперсной фазы к агрегации, устойчивость к их объединению. Характеризует способность системы сохранять размеры и индивидуальность частиц.

Потеря коллоидными системами агрегативной устойчивости приводит к коагуляции.

Коагуляция –– процесс слипания частиц, в результате нарушается седиментационная устойчивость и система разрушается.

6.2. Основы теории устойчивости гидрофобных коллоидных систем длфо (Дерягин, Ландау, 1937г., Фервей, Овербек, 1946 г.)

Рассматривает существование энергетического барьера как результат конкуренции сил межмолекулярного притяжения и электростатических сил отталкивания между частицами.

1 — кривая изменения энергии притяжения;

2 — кривая изменения энергии отталкивания;

3 — результирующая кривая энергии взаимодействия частиц (U) с энергетическим барьером.

В агрегативно устойчивых коллоидных системах силы отталкивания преобладают над силами притяжения.

6.3. Факторы агрегативной устойчивости

Термодинамические:

а) электростатический фактор — уменьшение σ и появление электрического потенциала (ζ-потенциал) вследствие возникновения двойного электрического слоя на поверхности частиц;

б) адсорбционно-сольватный фактор — уменьшение σ при взаимодействии частиц со средой (сольватация поверхности или адсорбции неэлектролитов);

в) энтропийный фактор — равномерное распределение частиц дисперсной фазы по всему объему системы приводит увеличению расстояния между частицами и к увеличению энтропии, а, следовательно, к уменьшению энергии Гиббса.

Кинетические:

а) структурно-механический фактор — на поверхности частиц образуются пленки, обладающие упругостью и механической прочностью;

б) гидродинамический фактор — сближение частиц дисперсной фазы затрудняется вследствие увеличения вязкости и плотности прослоек среды между частицами.

Расклинивающее давление — суммарный фактор устойчивости

 = P– P₀ , где  (пи) — расклинивающее давление, P — давление в пленке дисперсионной среды, P₀ — гидростатическое давление в окружающей пленку фазе.

Расклинивающее давление возникает при сближении частиц, оно является результатом взаимодействия сближающихся поверхностных слоев. Его можно рассматривать как избыточное давление в тонкой пленке по сравнению с гидростатическим давлением в той фазе, из которой она образовалась, и действующее на поверхности, ограничивающие пленку, стремясь их раздвинуть.

Многие факторы устойчивости возникают вследствие присутствия в дисперсной системе, кроме дисперсной фазы и дисперсионной среды, третьего компонента — стабилизатора: электролита, поверхностно-активного вещества, высокомолекулярного соединения.