3 Вариант -

При реализации частиц 3-го варианта энергетических кривых, частицы, взаимодействуя друг с другом, образуют агрегат. Для того чтобы разъединить частицы на расстояния, на которых энергия взаимодействия обращается в ноль (т.е. для разрушения агрегата), необходимо приложить определенное усилие, которое называется прочностью единичного контакта ( ). Различают следующие виды межчастичных контактов:

Атомные контакты возникают при взаимодействии частиц в первом энергетическом минимуме (3-й вариант энергетических кривых), когда частицы непосредственно соприкасаются друг с другом по площадкам в несколько десятков или сотен атомов. Прочность атомных контактов ≈ 10^-9 – 10^-6 Н (т.е. примерно на три порядка выше прочности коагуляционных контактов). Атомные контакты (и еще коагуляционные) разрушаются обратимо.

8. В каких условиях в дисперсных системах при взаимодействии частиц на всех расстояниях между ними могут преобладать силы отталкивания (1-й вариант энергетических кривых)?

На кривой имеется потенциальный барьер, высота которого> 10 – 15 kТ (энергия теплового движения частиц 1,5 kТ). Частицы дисперсной фазы при этом стремятся разойтись на расстояния, на которых энергия отталкивания обращается в 0. При таком характере взаимодействия система является агрегативно устойчивой. Данный вид зависимостей реализуется при слабом молекулярном притяжении (полярности частиц и дисперсной фазы и дисперсионной среды близки) и сильном электростатическом отталкивании частиц (высокие потенциалы поверхности частиц и низкая ионная сила дисперсионной среды). Кроме того, должно соблюдаться определенное соотношение между размерами частиц и толщиной поверхностных слоев (размеры частиц не должны превышать 5 – 10 мкм.).

Силы взаимодействия распространяются на расстояние до сотен нм, max значения энергии достигает 10^-2 Дж/м².

Увеличению потенциального барьера способствует рост потенциала. Уже при >> 20 мВ возникает потенциальный барьер, обеспечивающий агрегативную устойчивость дисперсной системы. Потенциальный барьер увеличивается с уменьшением константы Гамакера A^*.

9. В каких условиях в дисперсных системах может иметь место агрегация частиц во втором энергетическом минимуме (2-й вариант энергетических кривых)? Какие контакты между частицами формируются при этом?

10. Изменением, каких параметров в ионостабилизированных системах можно перейти от 1-го типа энергетических кривых к 2-ому и 3-ему (теория ДЛФО)?

Устойчивость ионостабилизированной системы определяется развитием на межфазной поверхности двойных электрических слоев. К таким системам относятся гидрозоли и водные суспензии оксидов, силикатов, карбонатов трудно растворимых солей, эмульсии стабилизированные ионогенными ПАВ, а также многие биологические объекты.

Иногда требуется агрегативно устойчивую систему сделать агрегативно неустойчивой, т.е. совершить переход 1. В качестве примеров можно привести очистку воды от минеральных примесей, разделение фаз в эмульсиях и т.д. Все эти процессы обеспечиваются регулированием действия отдельных составляющих расклинивающего давления.

Совершить переход от агрегативно устойчивой системы к неустойчивой можно следующими способами:

1. В том случае если агрегативная устойчивость системы обусловлена действием электростатической составляющей расклинивающего давления, (заряженная поверхность, адсорбционные слои из ИПАВ и полиэлектролитов), ослабить действие возможно введением в систему электролитов, т.е. увеличивая ионную силу среды. При ↑I → Uэ→0 частицы начинают слипаться, при введении электролита частицы седиментируют

2. Если агрегативная устойчивость системы обусловлена наличием на частицах полимерных адсорбционных слоев, действие стерической составляющей расклинивающего давления U_CТ может быть ослаблено в результате ухудшения термодинамического качества растворителя. Для этого в дисперсионную среду вводят термодинамически плохой растворитель (осадитель).

11. Как должны соотноситься относительные диэлектрические проницаемости дисперсной фазы и адсорбционных слоев чтобы ослабить или усилить молекулярное притяжение частиц (эффект экранирования)?

Эффект экранирования - изменение энергии молекулярного притяжения частиц.

1-частицы

2-слой

3-среда

Соотношение относительных диэлектрических проницаемостей дисперсной фазы и адсорбционных слоев:

- ε₂ (слоя) ≠ ε₁(частицы) ≠ ε₃ (дисперсионной среды)

- ε₂ < ε₁ уменьшение. U_м(адс) < U_м(без слоя). Слои ослабляют притяжение частиц.

- ε₂ > ε₁ – адсорбционные слои усиливают молекулярное притяжение частиц.

12. Какие энергетические эффекты будут возникать при перекрытии адсорбционных слоев частиц при A₂>0, A₂<0, A₂=0 ?

A₂ - второй вириальный коэффициент в уравнении Фишера для расчета U_ст (учитывается термодинамическое качество дисперсионной среды):

U_СТ(Н) = 4π/3 RTA₂C_δ²(δ - H/2)²∙(3r + 2δ +H/2), где R [Дж/моль∙К] - газовая постоянная; Т [К] -температура; C_δ [кг/м³] - плотность адсорбционных слоев; A₂ [моль∙м³/кг²] - второй вириальный коэффициент; δ, [м]- толщина адсорбционного слоя; r [м]- радиус, взаимодействующих частиц.

При A₂ >0 перекрытие адсорбционных слоев приводит к возникновению стерического отталкивания - U_СТ>0. Если растворитель термодинамически плохой A₂<0, перекрытие адсорбционных слоев вызывает появление дополнительного стерического притяжения (адсорбционные слои втягиваются друг в друга) - U_СТ<0. При A₂=0 (растворитель считается квазиидеальным) перекрытие адсорбционных слоев не приводит к возникновению каких-либо энергетических эффектов.

*В ур. Фишера также входят другие величины, которые зависят от термодинамического качества растворителя, т.к. оно влияет на адсорбционную способность растворенного вещества.

С ↑ A₂ адсорбционная способность ↓, поверхностные слои становятся менее плотными, т.е. ↓Cδ. При этом ↑ толщина адсорбционных слоев - δ. Таким образом, зависимость величины U_СТ от термодинамического качества растворителя может быть неоднозначной.