Суспензии

Суспензии – микрогетерогенные системы, в которых дисперсионной средой служит жидкость, а дисперсной фазой – частицы твердого вещества с размерами 10⁻⁷ – 10⁻⁴ м.

Суспензии получают конденсационным и диспергационным методами. На практике суспензии получают диспергированием твердого вещества в жидкости в коллоидных мельницах или взмучиванием порошка. С целью увеличения устойчивости к суспензиям добавляют ПАВ, молекулы которых, адсорбируясь на частицах, образуют сольватные оболочки, препятствующие их слипанию.

Особенности суспензий: частицы суспензии видны в обычный микроскоп, они не проявляют опалесценцию и эффект Фарадея-Тиндаля, в результате преломления и отражения света, растворы мутны. В суспензиях не обнаруживаются броуновское движение, диффузия, осмос. Частицы быстро оседают (седиментируют), значит они кинетически неустойчивы. Так как частицы дисперсной фазы имеют ДЭС и сольватную оболочку, суспензиях возможны электрофорез и электроосмос, коагуляция под действием электролитов.

В суспензиях частицы могут сцепляться отдельными участками и образовывать пространственные структуры, в пустотах (ячейках) которых располагается (обездвиживается) жидкость. При этом суспензия теряет текучесть и становится гелеподобной или твердой. Высококонцентрированные суспензии, лишенные текучести, называются пастами.

Для суспензий характерны такие явления, как синерезис, тиксотропия и дилатансия.

Самопроизвольное выжимание жидкости из геля или пасты вследствие постепенного сближения их частиц под действием сил сцепления и сокращения объема ячеек структуры называют синерезисом.

При механическом воздействии (перемешивании, встряхивании) в результате разрушения пространственных структур происходит разжижение геля или пасты. Это явление называют тиксотропией. При прекращении механического воздействия, частицы снова образуют новые пространственные структуры, в следствие чего гель или паста снова застывают.

Дилатансия представляет собой увеличение вязкости и упругости суспензии при механическом воздействии. Она обусловлена нарушением взаимно упорядоченного расположения частиц при механическом воздействии и увеличением числа контактов между частицами.

Суспензии имеют большое практическое значение. В виде суспензии и паст используют некоторые лекарственные средства. При рентгенографии кишечника применяют суспензию сульфата бария. Композиционные составы в стоматологии также готовятся в виде суспензии или паст. Многие краски, абразивы, растворы строительных вяжущих материалов, почвы и грунты – являются суспензиями.

2. Эмульсии

Эмульсиями называются микрогетерогенные системы, состоящие из двух несмешивающихся жидкостей, одна из которых диспергирована в другой жидкости в виде мелких капель. В них размер капель составляет 10⁻⁷ – 10⁻⁵ м.

Основными условиями образования лиофобных эмульсий являются взаимная нерастворимость компонентов эмульсии и наличие стабилизатора (эмульгатора).

Эмульсии получают конденсацией или диспергированием. На практике эмульсии чаще получают механическим диспергированием в присутствии эмульгатора. При этом соблюдают два правила: эмульгатор и дисперсионная среда должны иметь одинаковую полярность и эмульгируемую жидкость (дисперсную фазу) добавляют малыми порциями к жидкости (дисперсионной среде), в которой растворен эмульгатор. Перемешивание (диспергирование) жидкостей проводят в мешалках, в коллоидных мельницах, с применением ультразвука, продавливанием жидкостей через небольшие отверстия и другими методами. Самопроизвольное диспергирование жидкости и образование эмульсии возможно в результате снижения поверхностного натяжения между жидкостями почти до нуля. Например, при растворении больших количеств ПАВ (18−40%) образуются эмульсолы, а при смешении жидкостей вблизи критической температуры растворения – критические или лиофильные эмульсии. Самопроизвольно образующиеся эмульсии термодинамически устойчивы, в них капли имеют малый размер.

Эмульсии классифицируют по полярности и по концентрации дисперсной фазы. По полярности различают прямые и обратные эмульсии. Прямые эмульсии представляют системы, в которых капли неполярной жидкости (условно М − масло) распределены в полярной дисперсионной среде (условно В − вода). Примером прямой эмульсии (В/М) является молоко. В обратной эмульсии капли полярной жидкости диспергированы в неполярной дисперсионной среде (М/В). Примером обратной эмульсии является сливочное масло.

По концентрации различают разбавленные (объемная доля дисперсной фазы меньше 0,1%), концентрированные ( = 0,1 − 74%) и высококонцентрированные ( > 74%). К разбавленным эмульсиям относятся эмульсолы, применяемые в качестве смазочных и охлаждающих жидкостей при обработке металлов, ароматные (мятная, укропная) воды. Молоко, млечный сок растений-каучуконосов (латекс), сливочное масло относят к концентрированным эмульсиям, а кремы, битумы, смазки – к высококонцентрированным.