Лекция № 9 структурообразование в дисперсных системах и растворах вмс. Реологические свойства золей и растворов вмс
9.1. Структурообразование
Коллоидные дисперсные системы и растворы ВМС при некоторых условиях способны образовывать пространственные структуры.
Гели — коллоидные системы, потерявшие текучесть в результате образования в них внутренних структур; обычно эластичны, но могут быть и хрупкими.
Студни — растворы ВМС, потерявшие текучесть в результате образования в них внутренних структур, эластичны.
Гелеобразование — процесс превращения золей в гели.
Застудневание — процесс превращения растворов ВМС в студни.
Гели и студни — связнодисперсные системы.
Механизм гелеобразования
В частично астабилизованных золях факторы устойчивости ослаблены на выступах, ребрах, углах коллоидных частиц, которыми они контактируют между собой.
Коагуляционные структуры — в местах контактов коллоидных частиц остаются прослойки диcперсионной среды. Эти структуры эластичны.
Конденсационно-кристаллизационные структуры — возникают либо в результате образования химических связей между частицами, либо вследствие сращивания кристаллов, возникших в результате выкристаллизовывания новой фазы в местах контактов (совершенствование контактов). Эти структуры более прочные и хрупкие.
Образование структур в золях с частицами разной формы
Коагуляционная структура (эластичный гель) |
Конденсационно-кристаллизационная структура (хрупкий гель) |
На гелеобразование влияют:
– концентрация золя;
– форма частиц и их размеры;
– температура;
– механические воздействия.
Механизм застудневания
При определенных условиях время существования ассоциатов макромолекул становится очень большим и временные связи между ними могут превратиться в постоянные:
– за счет сильновзаимодействующих полярных групп;
– за счет взаимодействия противоположно заряженных ионизированных групп;
– за счет возникновения химических связей (-S-S-);
– за счет образования водородных связей;
– за счет гидрофобных взаимодействий.
Связи образуются между любыми участками макромолекул, на которых ослаблена или отсутствует гидратная оболочка (оголенные участки).
Структура студня, образованного фибриллярным белком
На застудневание влияют:
– концентрация раствора;
– температура;
– рН среды;
– электролиты.
Особенности гелей и студней
Гели при высыхании уменьшаются в объеме и становятся хрупкими, потом рассыпаются в порошок.
Студни также уменьшаются в объеме, но сохраняют эластичность.
Студни способны к набуханию, гели не набухают.
Тиксотропия — способность структурированных систем (за исключением конденсационно-кристаллизационных структур) постепенно самопроизвольно восстанавливаться после их механического разрушения.
Синерезис — уменьшение объема эластичного геля или студня за счет усовершенствования контактов между мицеллами и перегруппировки их или увеличения числа контактов между макромолекулами.
Скорость синерезиса увеличивается при незначительном повышении температуры; у белковых студней синерезис идет быстрее при рН = рI и при действии электролитов, ухудшающих набухание.