3.4 Стійкість дисперсних систем

План

1. Види стійкості дисперсних систем

2. Процеси обумовлені агрегативною нестійкістю

3. Фактори стійкості дисперсних систем

4. Коагуляція гідрофобних золів

3.4.4.1 Коагуляція під дією електролітів. Правило Шульце−Гарді

3.4.4.2 Гетерокоагуляція. Взаємна коагуляція золів

3.4.5 Теорії стійкості і коагуляції гідрофобних золів

3.4.5.1 Адсорбційна теорія коагуляції Г.Фрейндліха

3.4.5.2 Електростатична теорія коагуляції Г.Мюллера

3.4.5.3 Теорія стійкості систем ДЛФО

3.4.5.4 Вплив концентрації електроліту на потенціальні криві взаємодії частинок

5. Швидкість коагуляції

6. Колоїдний захист

Проблема стійкості дисперсних систем є однією з найважливіших в колоїдній хімії. Вона має велике значення для протікання багатьох процесів – природних і тих, що відбуваються і здійснюються в різних галузях науки і техніки. Забезпечення стійкості дисперсних систем необхідне при одержанні з них різних виробів, покрить, зв’язуючих матеріалів тощо. Надання системам стійкості вимагає спеціальних методів стабілізації. Лише в такому стійкому стані можливе одержання і використання цінних матеріалів, продуктів, аерозольних засобів, лікарських препаратів і ін.

Ліквідація стійкості високодисперсних систем є потребою для процесів структуроутворення в матеріалах, для одержання осадів при розділі фаз, очищенні промислових відходів і т.п.

3.4.1 Види стійкості дисперсних систем

Стійкість дисперсної системи – це здатність її протягом певного часу зберігати незмінними склад та основні властивості і дисперсність, концентрацію, розподіл частинок дисперсної фази у певному об’ємі дисперсного середовища та характер взаємодії між частинками.

Між колоїдними частинками діють, як сили притягання так і сили відштовхування. В залежності від величини цих сил системи стійкі, коли переважають сили відштовхування або відбувається агрегація частинок – при перевазі сил притягання. У дисперсних системах згідно пропозиції Н. П. Пєскова (1920) стійкість розділяють на два види :

-стійкість до осадження дисперсної системи;

-стійкість до агрегації частинок дисперсної системи.

Перший вид стійкості називають ще кінетичною або седиментаційною стійкістю. Отже, кінетична стійкість – це властивість дисперсних систем утримуватись в завислому стані не седиментуючись, а розташовуватись по висоті згідно гіпсометричного закону.

Згадаємо, що гіпсометричний закон визначається рівнянням Лапласа, яке вказує зміну кількості частинок в межах висоти h відповідно і :

,

де – об’єм частинок;

− різниця між густиною частинок і дисперсним середовищем;

− прискорення вільного падіння;

− число Авогадро.

Седиментаційна стійкість колоїдних систем обумовлена тим, що частинки перебувають у броунівському русі, який протидіє осіданню частинок під впливом сили тяжіння. Для таких систем характерне встановлення седиментаційно-дифузійної рівноваги. Отже, основною умовою стійкості цієї системи є висока дисперсність і, відповідно, участь дисперсної фази в броунівському русі.

Агрегативна стійкість – це здатність дисперсної системи протидіяти злипанню частинок і цим утримувати певний ступінь дисперсності і індивідуальності дисперсної фази.

Всі дисперсні системи в залежності від механізму процесу їх утворення поділяють на два класи :

1 – термодинамічно стійкі або ліофільні колоїди, які одержуються при самочинному диспергуванні однієї із фаз і існують без додаткової стабілізації (розчини BMC, розчини ПАР), при їх утворенні вільна енергія Гіббса зменшується ( < 0);

2 − термодинамічно нестійкі або ліофобні системи, при утворенні яких > 0. Ліофобні системи мають надлишок поверхневої енергії, якщо остання не скомпенсована введенням стабілізаторів. Тому у них самочинно ідуть процеси укрупнення частинок в результаті самочинного зменшення вільної поверхневої енергії.