3.4.2 Процеси, обумовлені агрегативною нестійкістю

Укрупнення частинок в ліофобних системах може йти, в основному, двома шляхами. Один з них, який називають ізотермічною перегонкою, полягає в переносі речовини від дрібних частинок до більших, так як хімічний потенціал останніх менший (ефект Кельвіна). В результаті дрібні частинки поступово розчиняються (випаровуються), а більші ростуть. Другий шлях, найбільш характерний і загальний для дисперсних систем, називають явищем коагуляції (від лат. затвердівання), полягає в злипанні частинок.

В ширшому розумінні під коагуляцією розуміють втрату агрегативної стійкості дисперсної системи.

Щоб наглядніше зрозуміти основні процеси, які можуть проходити в дисперсних системах, нами показана схема їх переходів в різні стани. Стійка вільнодисперсна система може утворитись в результаті конденсації з істинного розчину. Втрата агрегативної стійкості веде до коагуляції, перший етап якої полягає в зближенні частинок дисперсної фази і їх фіксації на невеликій віддалі. Між частинками залишаються прошарки середовища. Внаслідок цього утворюються флокули, коагуляційні структури, що характеризуються відносною взаємною рухливістю частинок під дією мінімального навантаження.

У явлення про седиментаційну і агрегативну стійкість у теперішній час доповнюють поняттям про конденсаційну (фазову) стійкість. Тут, насамперед, береться до уваги структура і міцність агрегатів, які утворюються при коагуляції дисперсної системи.

Конденсаційно стійкі системи утворюють нестійкі агрегати (флокули) або розпушені осади, в яких частинки втрачають індивідуальну рухливість, проте зберігаються як такі протягом довгого часу. Цьому сприяють прошарки дисперсійного середовища між частинками дисперсної фази. Агрегати з такою структурою при відповідних умовах можуть знову розпадатись на окремі частинки, тобто відбувається пептизація.

Конденсаційно нестійкі системи характеризуються утворенням агрегатів з міцною структурою. До цього приводять безпосередні фазові контакти частинок між собою, процеси кристалізації, зрощення частинок і т.п. Такі утворені структури є незворотніми.

3.4.3 Фактори стійкості дисперсних систем

Стійкість дисперсних систем різна. Деякі системи існують досить довго, інші зберігають стійкість тільки протягом декількох секунд після їх утворення. Найбільш нестійкими є гідрофобні колоїдні системи, для яких характерна слаба взаємодія між частинками дисперсної фази і дисперсійного середовища. Для надання стійкості таким системам необхідна наявність певних факторів стійкості.

Фактори стійкості дисперсних систем поділяють на термодинамічні (електростатичний, адсорбційно-сольвативний, ентропійний) та кінетичні (структурно-механічний, гідродинамічний). У реальних умовах агрегативна стійкість золів зумовлена одночасно дією декількох факторів. При цьому найбільш імовірно, що головну роль відіграють два фактори: електростатичний та адсорбційно-сольвативний.

Електростатичний бар'єр створюють електростатичні сили відштовхування. Ці сили зростають зі збільшенням потенціалу поверхні частинок і, особливо, електрокінетичного потенціалу .

Адсорбційно-сольвативний бар'єр сприяє зменшенню міжфазового поверхневого натягу та енергії Гіббса поверхні поділу фаз. Існування розвинутих сольвативних оболонок є механічним бар'єром, перешкоджаючим коагуляції.

Стійкість золів збільшують і процеси ліофілізації. Наприклад, природні глини при змочуванні водою настільки інтенсивно сольватуються нею, що розпадаються на окремі часточки і утворюють агрегативно стійкі системи. Ліофілізацію поверхні можна також викликати адсорбцією на ній ПАР та ВМС. Названі головні фактори стійкості пов'язані між собою, тому що збільшення заряду і потенціалу поверхні створює умови для адсорбції стабілізатора і сприяє розвитку сольватних оболонок. Таким чином, надання колоїдним системам стійкості потребує спеціальних методів стабілізації.

Агрегативна і седиментаційна стійкості дисперсних систем безпосередньо пов'язані між собою. Доки колоїдний розчин зберігає агрегативну стійкість, він стійкий і седиментаційно. Втрата агрегативної стійкості призводить до коагуляції золю. Якщо при агрегуванні утворюються досить великі частинки, то система втрачає седиментаційну стійкість. Під дією сили тяжіння відбувається розділення фаз дисперсної системи, а агреговані частинки утворюють осад.

Зараз уявлення про седиментаційну та агрегативну стійкість доповнюють поняттям про конденсаційну (фазову) стійкість. При цьому мають на увазі структуру та міцність агрегату, що утворюється під час коагуляції системи. Розрізняють конденсаційно стійкі і конденсаційно нестійкі системи.

Перші утворюють при коагуляції нестійкі агрегати або пухкі осади. У них частинки втрачають свою індивідуальність і рухомість, але зберігаються як окремі утворення досить довгий час. Агрегати з такою структурою за певних умов можуть знову розпадатися на окремі часточки, тобто підлягати пептизації.

Конденсаційно нестійкі системи характеризуються утворенням агрегатів з міцною структурою. До цього призводять безпосередні фазові контакти частинок між собою, процеси кристалізації та зрощування частинок. Такі структури необоротні.