Тиксотропия

Тиксотропией называется способность коагуляци­онных структур после их механического разрушения самопроизвольно восстанавливать во времени свою структуру.

Таким образом, тиксотропия — это обратимый пере­ход золь о- гель, протекающий при механическом воздей­ствии. Тиксотропия характеризуется величиной θ — тиксотропным периодом.

Тиксотропный период в — время, за которое систе­ма восстанавливает структуру после снятия механи­ческого воздействия.

Тиксотропный период может меняться в широких пределах. В спокойном состоянии система представляет собой пластическое твердообразное тело, которое не те­чет под действием силы тяжести. После встряхивания система настолько разжижается, что легко вытекает из сосуда. Через определенное время она снова становится нетекучей.

Синерезис

Синерезисом называется явление самопроизвольного уменьшения размеров геля за счет выделения дисперси­онной среды, содержавшейся в структуре геля.

Синерезис обусловлен возрастанием во времени чис­ла и прочности контактов между частицами, а в некото­рых случаях — возникновением кристаллизационных мостиков между частицами. В результате синерезиса гелеобразная система может превратиться в сплошное кристаллическое тело. Самопроизвольный переход коагуляционной структуры в конденсационно-кристаллизационную с «выжиманием» жидкости — типичный при­мер синерезиса.

Синерезису благоприятствуют все факторы, которые способствуют коагуляции:

• введение электролита-коагулянта;

• повышение температуры;

• введение в систему десольватирующих агентов и т. д.

Набухание

Системы с коагуляционной структурой, из которых высушиванием удалена дисперсионная среда (ксерогели), способны в той или иной степени поглощать эту среду при контакте с ней. При этом происходит раздвижение элементов структуры геля и заполнение образовавшихся промежутков дисперсионной средой. Этот процесс назы­вается набуханием. Очевидно, что набухание является процессом, обратным синерезису. Вследствие того, что при образовании пространственной структуры лиофобных систем места контактов закрепляются довольно прочно, лиофобные ксерогели набухают незначительно.

Со свойством ползучести мы встретимся позднее.

2. Конденсационно-кристаллизационные структуры

Как уже отмечалось выше, образование таких структур осуществляется при непосредственном химическом взаимо­действии между частицами и их срастании с образованием жесткой объемной структуры. Если частицы аморфны, об­разующиеся структуры принято называть конденсационны­ми, а если частицы кристаллические, структуры называют­ся кристаллизационными. Так как такие структуры обра­зуются в результате срастания частиц, механические свойства этих структур соответствуют свойствам самих частиц.

Конденсационно-кристаллизациояные структуры не могут проявлять свойства тиксотропии, синерезиса, на­бухания — они проявляют упруго-хрупкие свойства. Их прочность обычно значительно выше прочности коагуляционных структур. Типичной конденсационной структу­рой является гель кремневой кислоты. Кристаллизаци­онное структурообразование имеет большое значение для твердения минеральных вяжущих веществ в строительных материалах на основе цементов, гипса или извести.

Конденсационно-кристаллизационные структуры ти­пичны для связнодисперсных систем с твердой дисперси­онной средой. Они придают телам прочность, хрупкость и не восстанавливаются после разрушения.

Материалы и изделия, используемые человеком в его практической деятельности, являются, как правило, твер­дыми телами, имеющими конденсационно-кристаллизационную структуру (металлы, керамика, бетон и т. д.), а сырье и промежуточные продукты чаще всего представ­ляют собой жидкообразные или твердообразные системы с коагуляционной структурой.

В процессе изготовления материалов и изделий из них, как правило, осуществляется переход от коагуляционных структур к конденсационно-кристаллизационным.

Из схемы видно, что переход бесструктур­ной системы в структурированную коагуляционную яв­ляется обратимым. В то же время переход структури­рованной жидкообразной системы в твердообразную нео­братим.

Следует отметить, что самопроизвольный переход бес­структурной жидкой системы в твердообразную может осуществляться очень медленно. Например, в течение гео­логических эпох в природе протекает процесс:

Гидрозоль SiO₂→ Силикагельн→Опал →Халцедон→Кварц

(Бесструктурная) (Жидкообразная) (Твердообразные системы)