1.4. Устойчивость и коагуляция коллоидных растворов Устойчивость коллоидных растворов. Виды устойчивости

Под устойчивостью дисперсной системы понимают постоянство во времени ее состояния и основных свойств: дисперсности, равномерного распределения частиц дисперсной фазы в объеме дисперсионной среды и характера взаимодействия между частицами.

Коллоидные системы и прежде всего лиофобные, обладающие сильно развитой поверхностью и большим избытком свободной энергии, термодинамически неустойчивы. В соответствии со вторым законом термодинамики они имеют тенденцию к понижению запаса свободной энергии до некоторого минимума, что достигается в результате самопроизвольного процесса объединения (слипания, слияния) и укрупнения частиц. Такой процесс называется коагуляцией, а обусловленное им изменение свойств коллоидных систем – старением. Укрупнение частиц, зашедшее далеко, приводит к выпадению коллоидных веществ в осадок – к седиментации.

В одних коллоидных системах объединение частиц и нарушение устойчивости идут сравнительно быстро (в течение секунд), в других – медленно, и они могут сохраняться годами и даже десятилетиями без значительного выделения дисперсной фазы. Поэтому принято говорить лишь об относительной устойчивости коллоидов.

Придание дисперсным системам устойчивости требует специальных методов стабилизации. Только при таких условиях возможно получение и использование многих ценных материалов, продуктов и других изделий.

П. П. Песков (1920 г. ) ввел понятие о двух видах устойчивости дисперсных систем: седиментационной (кинетической) и агрегативной. Седиментационная устойчивость характеризуется способностью дисперсных частиц удерживаться во взвешенном состоянии, не оседая, т.е. способностью противостоять действию силы тяжести и процессам оседания или всплывания частиц, и, таким образом, позволяет системе сохранять их равномерное распределение в объеме. Основными условиями такой устойчивости являются высокая дисперсность и участие частиц дисперсной фазы в броуновском движении и диффузии.

Агрегативная устойчивость связана с изменением степени дисперсности и характеризуется способностью частиц дисперсной фазы оказывать сопротивление их слипанию (агрегации) и тем удерживать определенную степень дисперсности в целом. В этом отношении дисперсные системы делят на два класса: 1) термодинамически устойчивые или лиофильные, которые самопроизвольно диспергируются и существуют без дополнительной стабилизации (мицелярные растворы ПАВ, растворы ВМС и т.п.). При их образовании свободная энергия Гиббса уменьшается: G  0; 2) термодинамически неустойчивые или лиофобные (золи, суспензии, эмульсии), для которых G  0.

Представления о седиментационной и агрегативной устойчивости в настоящее время дополняют понятием о конденсационной (фазовой) устойчивости. Здесь имеются в виду структура и прочность агрегатов, образующихся при коагуляции дисперсных систем.

Конденсационно устойчивые системы образуют непрочные агрегаты (флокулы) или рыхлые осадки, в которых частицы теряют свою индивидуальную подвижность, но сохраняются как таковые в течение длительного времени. Этому способствуют прослойки дисперсионной среды между частицами дисперсной фазы. Названные агрегаты при соответствующих условиях могут снова распадаться на отдельные частицы, т.е. подвергаться пептизации.

Конденсационно неустойчивые системы характеризуются образованием необратимых агрегатов с прочной структурой. Такое возможно при непосредственном фазовом контакте частиц друг с другом, процессах кристаллизации, срастании частиц и т.п.