Устойчивость дисперсных систем.

1. Проблема устойчивости дисперсных систем является одной из важнейших в науке о дисперсных системах. Требования к устойчивости дисперсных систем могут быть различными.

Часто задачей технологов в самых различных отраслях промышленности является обеспечение предельно высокой устойчивости дисперсных систем (при получении покрышек, аэрозольных препаратов и др.)

В других случаях она нежелательна и требуется ликвидация их устойчивости (получение осадков, очистка сточных вод, разрушение кислотных туманов.)

Иногда нужно обеспечить оптимальный уровень устойчивости.

Для выяснения причин устойчивости необходимо ввести понятие о двух видах устойчивости, характерных для дисперсных систем.

2. Два вида устойчивости дисперсных систем.

Под устойчивостью вообще понимается постоянство во времени свойств системы, которые обеспечиваются степенью дисперсности системы и распределением в ней частиц по размерам.

Для дисперсных систем характерно проявление 2-х видов устойчивости - седиментационной и агрегативной.

Седиментационная (кинетическая) устойчивость - это способность системы противостоять осаждению частиц дисперсной фазы под действием силы тяжести (седиментация).

Агрегативная устойчивость - это способность системы противодействовать укрупнению частиц дисперсной фазы. Она обусловлена термодинамическими и кинетическими факторами.

Оба вида устойчивости (с и а) определяют срок хранения и качества многих веществ и материалов, в том числе и пищевых продуктов (соки, молочные продукты, майонез и т.д.)

Агрегативная устойчивость коллоидных растворов. Коагуляция.

Агрегативная устойчивость – это способность дисперсной системы сохранять неизменной во времени степень дисперсности, т.е. размеры частиц и их индивидуальность.

При нарушении агрегативной устойчивости происходит коагуляция.

Коагуляцией называется процесс слипания частиц с образованием крупных агрегатов. В результате коагуляции система теряет свою седиментационную устойчивость, т. к. частицы становятся слишком крупными и не могут участвовать в броуновском движении

Коагуляция является самопроизвольным процессом, т. к. она приводит к уменьшению межфазной поверхности и, следовательно, к уменьшению свободной поверхностной энергии.

Различают 2 стадии коагуляции:

1 стадия - скрытая коагуляция, на этой стадии частицы укрупняются, но еще не теряют своей седиментационной устойчивости;

2 стадия - явная коагуляция; на этой стадии частицы теряют свою седиментационную устойчивость. Если плотность частиц больше плотности дисперсионной среды, то образуется осадок.

Причины коагуляции многообразны:

-внешнее воздействие;

- изменение температуры

- действие электрического и электромагнитного полей

- действие видимого света

- облучение элементарными частицами

- механическое воздействие

- добавление электролитов и др.

Особенно чувствительны золи к действию на них электролитов.

В зависимости от концентрации электролита коагуляция осуществляется в две стадии:

-медленную;

-быструю.

При медленной коагуляции изменение концентрации сопровождается резким изменением скорости коагуляции.

В области быстрой коагуляции увеличение концентрации электролита в коллоидной системе не вызывает изменения скорости коагуляции, достигшей своего максимального значения.

Заканчивается процесс коагуляции выпадением осадка – коагулят.

Наибольший практический интерес вызывает коагуляция электролитами.

Правила коагуляции.

1. Все сильные электролиты, добавленные к золю в достаточном количестве, вызывают его коагуляцию.

Минимальная концентрация электролита, при которой начинается коагуляция явная или быстрая, называется порогом коагуляции С_к (ϒ)

Иногда вместо порога коагуляции используют величину V_к , называемую коагулирующей способностью. Это объем золя, который коагулирует под действием 1 моля электролита:

V_к =

Значит чем меньше порог коагуляции, тем больше коагулирующая способность электролита.

2. Коагулирующим действием обладают не все ионы электролита, а только те ионы, которые несут заряд, противоположный по знаку заряду коллоидной частицы. Таким образом, для дисперсных систем с отрицательно заряженными частицами коагулирующими ионами являются – катионы, а с положительными частицами – анионы.

3. Коагулирующая способность иона – коагулянта тем больше, чем больше заряд иона. Количественно эта закономерность описывается эмпирическим правилам Шульце-Гарди:

ϒ =

где Z заряд коагулирующего иона.

или

где - постоянная для данной системы величина;

Z - заряд иона-коагулянта;

– порог коагуляции одно зарядного, двух зарядного,

трех зарядного иона-коагулянта.

4. Коагулирующая способность иона при одинаковом заряде тем больше, чем больше его кристаллический радиус. Поэтому коагулирующая способность органических ионов больше по сравнению с неорганическими ионами. Для однозарядных неорганических катионов коагулирующая способность убывает в следующем порядке:

Ag⁺ > Cs⁺ > Rb⁺>NH⁺>K⁺>Na⁺>Li⁺ (этот ряд называется лиотропным)