Лекция 11, 12 Структурообразование, реологические и структурно-механические свойства дисперсных систем

В процессе коагуляции в коллоидном растворе проис­ходит образование пространственной сетки из частиц дис­персной фазы— образуется структура.

В соответствии с потенциальной кривой взаимодействия коллоидных частиц коагуляция может соот­ветствовать первичному (I) или вторичному (II) минимуму.

В первом потенциальном минимуме частицы находят­ся в непосредственном контакте, между ними возникает химическое взаимодействие (возникают химические свя­зи), приводящее к образованию компактного осадка.

Во втором потенциальном минимуме взаимодейству­ющие частицы разделены слоем дисперсионной среды, непосредственного контакта нет, возникают межмолекулярные силы притяжения. Таким образом, возникают различные по характеру структуры.

П. А. Ребиндер предложил подразделить структури­рованные системы на два класса, исходя из типа взаимо­действий:

• коагуляционные структуры (тиксотропно-обратимые гели);

• конденсационно-кристаллизационные структуры (нео­братимо разрушающиеся).

1. Коагуляционные структуры

Структура образуется за счет сцепления частиц ван-дер-ваальсовыми силами через прослойки дисперсионной среды в рыхлые каркасы — гели. Свойства таких струк­тур определяются не столько механическими свойствами частиц, сколько характером и особенностями меж­частичных взаимодействий и свойствами прослоек дис­персионной среды.

Для этих стуктур характерны следующие свойства:

• тиксотропия;

• синерезис;

• небольшая прочность;

• набухание;

• ползучесть.

Наличие жидкостной прослойки между частицами обусловливает небольшую прочность структуры, вместе с тем придает ей пластичность, а в некоторых случаях и эластичность. Чем толще прослойка среды, тем меньше сказывается действие межмолекулярных сил, тем менее прочна структура и тем жидкообразнее система. На про­цесс гелеобразования влияют следующие факторы.

1. Концентрация дисперсной фазы: с повышением ча­стичной концентрации возрастает число контактов и ско­рость их возникновения.

2. Размеры частиц: чем они меньше при постоянной массовой концентрации дисперсной фазы, тем больше образуется контактов.

3. Форма частиц: гелеобразование облегчается, если частицы анизодиаметричны и имеют углы, ребра и т. д. В этих местах двойные электрические слои или сольватные оболочки наименее развиты и слипание частиц об­легчается.

4. Температура: при повышении температуры ско­рость гелеобразования увеличивается. Однако в резуль­тате повышения интенсивности броуновского движения гели могут переходить даже в неструктурированные жид­кости.

5. Механическое воздействие: обычно перемешивание препятствует образованию геля. Однако в некоторых слу­чаях скорость образования геля из агрегативно неустой­чивого золя с сильно анизодиаметричными частицами (например, золь V₂O₅) можно значительно увеличить, если сосуд медленно вращать. Это явление получило название реопексии (греч. образование геля при движении). Одно­значного объяснения этого явления нет, но некоторые ученые считают, что причиной реопексии является воз­никновение в системе турбулентности, ускоряющей уста­новление контактов между частицами.

Рассмотрим некоторые свойства коагуляционных структур.