7.6. Вязкость дисперсных систем

Вязкость дисперсных систем может колебаться в широких пределах. Причём на неё оказывают влияние как размеры частиц дисперсной фазы, так и их концентрация. Чем меньше размеры частиц, тем в меньшей степени проявляется их влияние на вязкость. Коллоидные растворы обладают вязкостью, мало отличающейся от вязкости чистой дисперсионной среды, тогда как суспензии с такой же концентрацией частиц проявляют заметно бóльшую вязкость. С другой стороны, чем больше концентрация частиц, тем больше вязкость. Так, вязкость паст намного больше, чем вязкость суспензий с такими же размерами частиц.

Основы теории вязкости дисперсных систем были заложены А. Эйнштейном. Он исходил из гидродинамических уравнений для микроскопических твёрдых сферических частиц, которые при сдвиге при­обретают дополнительное вращательное движение. Рассеяние энергии при этом является причиной возрастания вязкости. Эйнштейном была установлена связь между вязкостью дисперсной системы  и объёмной долей дисперсной фазы . Он исходил из того, что относительное приращение вязкости (удельная вязкость) прямо пропорционально относительному содержанию дисперсной фазы (закон Эйнштейна):

где ₀  вязкость дисперсионной среды.

Преобразуя это выражение

, ,

получаем в итоге уравнение Эйнштейна:

.

Впоследствии Эйнштейн показал, что для сферических частиц коэффициент К равен 5/2 (или 2,5). Тогда можно записать:

.

Вязкость разбавленных золей мало отличается от вязкости дисперсионной среды. А поскольку объёмная доля дисперсной фаза возрастает с ростом частичной концентрации и с размерами частиц, то вязкость концентрированных золей, а также суспензий и в особенности паст намного больше вязкости дисперсионной среды. А поскольку объёмная доля дисперсной фаза возрастает с ростом частичной концентрации и с размерами частиц, то вязкость концентрированных золей, а также суспензий и в особенности паст намного больше вязкости дисперсионной среды.

7.7. Осмотическое давление дисперсных систем

Т. Грэму при исследовании коллоидных растворов не удалось обнаружить у них осмотического давления. Этот факт он положил в основу деления растворов на коллоидные и истинные. Однако более поздние исследования показали, что и в коллоидных системах можно наблюдать измеримое, хотя и очень малое по величине осмотическое давление.

Для истинных растворов в соответствии с законом Вант-Гоффа осмотическое давление  может быть рассчитано по уравнению

,

где C - молярная концентрация растворённого вещества.

В дисперсных системах концентрацию дисперсной фазы принято выражать числом частиц (мицелл), содержащихся в единице объёма. Эта величина называется численной или частичной концентрацией и обозначается . Выведем соотношение между молярной концентрацией вещества в растворе и числом частиц, из которых оно состоит. Молярная концентрация представляет собой отношение количества вещества в молях к объёму раствора:

.

Выражая количество молей через число молекул, содержащихся в нём, получим

,

а так как x/V =  ( - объёмная концентрация молекул), то

.

Если же под С подразумевается молярная концентрация коллоидных частиц, тогда  - объёмная концентрация этих частиц, или, иначе, частичная концентрация золя.

Поэтому уравнение для осмотического давления коллоидных растворов будет выглядеть так:

или ,

где k – константа Больцмана.

Из этого уравнения следует, что осмотическое давление увеличивается с ростом числа частиц в единице объёма даже при постоянной массе дисперсной фазы (с ростом дисперсности, например, при пептизации). Так как при одинаковой массовой концентрации  зависит от объёма частиц, то можно сказать, что осмотическое давление дисперсных (коллоидных) систем обратно пропорционально кубу радиуса их частиц.

Таким образом, закон Вант-Гоффа справедлив и для лиозолей. Однако простой расчёт показывает, что при одинаковой массовой концентрации частичные концентрации золей и тем более грубодисперсных систем обычно очень малы по сравнению с концентрацией молекул в истинных растворах. Поэтому в соответствии с выведенным уравнением и осмотическое давление в них должно быть намного меньше, а именно, во столько раз, во сколько раз частица дисперсной фазы больше, чем отдельная молекула или ион. Так, осмотическое давление коллоидных растворов в сотни и тысячи раз меньше, чем у истинных растворов. Столь малые значения очень трудно измерить с необходимой точностью, а в грубодисперсных суспензиях, пастах и эмульсиях осмотическое давление практически отсутствует.

Следует, однако, помнить, что речь идёт только об осмотическом давлении, обусловленном частицами дисперсной фазы. Надо учитывать, что в коллоидных растворах и в других дисперсных системах обычно присутствуют растворённые низкомолекулярные вещества – или в виде примесей, или в качестве стабилизаторов. Они тоже вносят свой вклад в общее осмотическое давление, поэтому его реальное значение несколько выше, чем рассчитанное исходя только из концентрации частиц дисперсной фазы.

Ещё одной особенностью осмотического давления золей является его непостоянство. Из-за идущих в той или иной степени процессов скрытой коагуляции частичная концентрация всё время уменьшается, что и вызывает снижение  во времени.

Низкое осмотическое давление является одной из причин лечебного, в частности, обеззараживающего или вяжущего действия коллоидных лекарственных средств – колларгола, протаргола и т. п. При соприкосновении их с клетками, в том числе с микробными, начинается интенсивный осмотический приток воды внутрь клеток, что приводит к гибели микробов вследствие лизиса.