8.2.3. Пены

Пены – это грубодисперсные высококонцентрирован­ные системы, в которых дисперсной фазой являются пу­зырьки газа, а дисперсионной средой – жидкость в виде тонких пленок.

Пены являются типичными лиофобными системами. Термодинамически они не устойчивы. В результате диффузионного переноса газа из мелких пузырьков в более крупные и из поверхностных пузырьков во внешнюю среду возникает агрегативная неустойчивость пен. Стекание дисперсионной среды под действием силы тяжести приводит к седиментационной неустойчи­вости. В результате пенные пленки утончаются и постепенно разрушаются. Устойчивыми пены получаются только в присутствии специальных веществ – пенообразователей. В качестве пенообразователей обычно используются коллоидные ПАВ и ВМС. Адсорбционные слои, образуемые этими веществами, стабилизируют пенные пленки, замедляя вытекание из них жидкости.

Основные свойства пены:

• структурно-механические (предельное напряжение сдвига и вязкость);

• оптические (рассеяние и поглощение света);

• электрическая проводимость.

8.2.4. Аэрозоли

Аэрозоли – это микрогетерогенные системы, в которых частицы твердого вещества или капельки жидкости взвешены в газе (Т/Г или Ж/Г).

По агрегатному состоянию дисперсной фазы аэрозоли подразделяют на:

• туман (Ж/Г);

• дым, пыль (Т/Г);

• смог [(Ж+Т)/Г)].

Благодаря очень маленьким размерам частиц дисперсной фазы они имеют развитую поверхность, на которой могут активно протекать адсорбция, горение, другие хи­мические реакции.

Молекулярно-кинетические свойства аэрозолей обусловлены малой концентрацией частиц дисперсной фазы, малой вязкостью и малой плотностью дисперсионной среды.

В зависимости от размеров частиц дисперсной фазы, они могут либо быстро седиментировать (при мкм), либо прилипать к стенкам сосуда или слипаться (примкм). Наибольшей устойчивостью обладают частицы промежуточных размеров.

Оптические свойства аэрозолей сходны со свойствами лиозолей, однако рассеяние света ими выражено значительно сильнее из-за больших различий показателей пре­ломления дисперсной фазы и дисперсионной среды.

Специфичность электрических свойств аэрозолей со­стоит в том, что на частицах не возникает ДЭС, заряд частиц носит случайный характер и мал по величине. При сближении частиц не возникает электростатическое отталкивание, и происходит быстрая коагуляция.

Разрушение аэрозолей является важной проблемой и осуществляется путем седиментации, коагуляции, пылеулавливания и другими методами.

Изучив тему «Лиофильные системы. Микрогетерогенные системы», вы должны знать:

• особенности растворов ПАВ;

• особенности растворов ВМС, их сходства и различия с коллоидными растворами;

• характерные особенности и общие свойства эмульсий, пен, аэрозолей, суспензий;

• факторы устойчивости рассмотренных систем.

Заключение

Коллоидная химия представляет собой обширную область фундаментального знания, основные проблемы и интересы которой нахо­дятся на грани и в тесной связи с такими важнейшими разделами естествознания, как физика, химия, биоло­гия, почвоведение, геология, метеорология и др. В то же время коллоидная химия является научной основой многих технологических процессов в самых различных отраслях народного хозяйства.

Пограничный характер и разностороннее техничес­кое значение коллоидной химии обусловлены тем, что сильно раздробленное, высокодисперсное состояние мно­жества самых различных по химическому происхожде­нию, составу и структуре веществ и материалов широ­ко распространено в природе и технике.

Коллоидные гидро- и органозоли, полимерные коллоидные дисперсии в воде, растворы коллоид­ных поверхностно-активных веществ разнообразного назначения (мыл и синтетических моющих средств, эмульгаторов и пенообразователей, смачивателей, диспергаторов, флотореагентов и т. д.), биополимеры и растворы высокомолекулярных соединений, эмульсии и пены, порошкообраз­ные материалы самого разного происхождения и наз­начения (цементы, удобрения, пигменты, мука и многие другие), почвенные структуры, тонкие дисперсии, естественные и искусственные аэрозоли в атмосфере (туманы, дымы) – таков неполный перечень гетерогенных дисперсных систем, являющихся предметом изучения в современной коллоидной химии. Поэтому изучение особенности различных видов дисперсных систем, методов получения и очистки коллоидных растворов, их основных свойств, вопросов их кинетической и агрегативной устойчивости уделяется большое внимание в курсе коллоидной химии.

Особенностью коллоидных систем является наличие большой межфазной поверхности и, как следствие, избыток поверхностной энергии. Поэтому объединяющее начало, или фундамент, на который опирается здание современной коллоидной химии, образуют поверхностные явления, адсорбция.

Современная коллоидная химия образует научную основу многих технологических процессов в отраслях народного хозяйства, имеющих дело с дисперсными материалами различной химической природы и степени измельчения.

Коллоидная химия как наука постоянно развивается и совершенствуется. Свидетельством этого является небывалый масштаб теоретических исследований в области наночастиц, которые находят применение в медицине, энергетике и электронике, в конструировании новых материалов.