Лекція №21 Мікрогетерогенні системи

План лекції

1. Піни. Методи одержання рідких пін. Піноутворювачі. Тверді піни.

2. Суспензії. Класифікація і фізико-хімічні властивості суспензій. Пасти.

3. Аерозолі. Класифікація і фізико-хімічні властивості аерозолів. Порошки.

Рекомендована література: [1] С.496-507, [3] С.145-149.

21.1 Піни

Піни – дисперсні системи, в яких дисперсна фаза являє собою бульбашки газу, а дисперсійне середовище – рідину у вигляді тонких плівок, що оточують бульбашки. Власно до пін належать системи, в яких газоподібна фаза становить основну частину об’єму, а бульбашки газу мають форму криволінійних багатогранників. Для одержання піни рідину збовтують у закритій судині або застосовують барботаж – газ під тиском подають у рідину через перфоровану перегородку. Для утворення стійкої піни у рідину попередньо додають ПАР-піноутворювач. Механізм утворення рідких пін полягає у тому, що бульбашки газу спливають до поверхні рідини, на якій є адсорбційний шар піноутворювача. Бульбашки газу оточуються цим шаром, який розтягуючись, утворює двобічну плівку. Сукупність бульбашок газу утворюють піну. Піни – це нестійкі системи. Стабільність пін визначається за часом існування окремої плівки на каркасі дроту або за часом руйнування половини стовпа піни у мірному циліндрі. У пінах не стабілізованих ПАР рідина швидко витікає з піни, товщина плівок поступово зменшується, і піна руйнується. Якщо у рідину додати ВМС або ПАР, то у плівках утворюється драглеподібний каркас, який запобігає витіканню рідини, забезпечуючи відносну стійкість піни. На стійкість пін впливають природа піноутворювача, температура, в’язкість і рН рідкого середовища.

Руйнування пін (гашення) звичайно здійснюється шляхом продуванням повітря над поверхнею піни, або розчиненням у рідині речовин, які витісняють піноутворювачі із адсорбційного шару рідких плівок піни. Ефективними піногасниками є естери, спирти, олії тощо.

Якщо плівки рідких пін здатні тверднути, то утворюється безмежно стійкі тверді піни. Тверді піни одержують під час нагрівання полімерів разом з утворювачами газів, наприклад карбонатами. Після охолодження утворюється структура, що містить несполучені між собою комірки, заповнені газом. Так одержують пінопласти – тепло- та звукоізолюючі матеріали. До твердих пін відносяться такі харчові продукти, як хліб, печиво, зефір.

21.2 Суспензії

Суспензіями називають дисперсні системи з твердою дисперсною фазою і рідким дисперсійним середовищем. У залежності від ступеня дисперсності часточок суспензії поділяються на грубі (розмір часточок більше 100 мкм), тонкі (від 0,5 до 100 мкм) і каламуті (від 0,1 до 0,5 мкм). Суспензії одержують методами диспергування або конденсації. На практиці суспензії одержують шляхом збовтування у рідкому середовищі попередньо одержаного порошку.

За своїми властивостями суспензії значною мірою нагадують золі. Вони коагулюють, поглинають і розсіюють світло, але на відміну від золів залишаються каламутними за будь-якого освітлення. Суспензії піддаються седиментації – тобто часточки дисперсної фази поступово осідають на дно або спливають до поверхні у залежності від співвідношення густини часточок і середовища. Розподіл часточок суспензії за висотою підлягає закону Лапласа: при збільшенні висоти стовпа золю в арифметичній прогресії концентрація часточок у ньому змінюється у геометричній прогресії. Седиментація прискорюється при збільшенні розмірів часточок і зменшенні в’язкості середовища.

При підвищенні концентрації дисперсної фази до гранично можливої величини утворюються концентровані суспензії, які називають пастами. Майже все дисперсійне середовище у пастах зв’язане у сольватних плівках, які розділяють тверді часточки. У зв’язку з відсутністю вільної рідини пасти мають значну в’язкість, певну міцність, у них утворюються просторові структури.