Устойчивость и коагуляция дисперсных систем

Устойчивостьозначает способность дисперсных систем сохранять свой состав неизменным. При этом концентрация частиц дисперсной фазы (ДФ) и распределение частиц по размерам в этой фазе также остаются постоянными.

Различают два вида устойчивости. Седиментационная(кинетическая)устойчивостьсостоит в том, что концентрация дисперсной системы одинакова по всему объему системы и при правильном хранении не изменяется во времени. Ее нарушение может быть вызвано седиментацией частиц, приводящей к их оседанию или всплыванию. Чем выше дисперсность системы, тем она седиментационно устойчивее.Агрегативная устойчивостьпроявляется в том, что частицы ДФ не укрупняются и не слипаются. Это обусловлено наличием на частицах одноименного заряда, (см. ранее строение мицеллы), что вызывает взаимное отталкивание частиц. Агрегативная устойчивость повышается из-за значительной гидратации частиц. При этом полярные молекулы воды определенным образом ориентируются вокруг заряженных частиц, вступают с ними во взаимодействие и разобщают частицы в дисперсионной среде.

Потеря агрегативной устойчивости дисперсных систем это процесс слипания частиц в результате их взаимодействия и образования более крупных частиц-агрегатов. Такой процесс слипания одинаковых по химической природе частиц называетсякоагуляцией. Слипание разнородных по химической природе частиц носит названиегетерокоагуляция. Коагуляция в дисперсной системе может привести к седиментации и далее к образованию осадка - коагулянта различной структуры. Кроме того, процесс коагуляции может остановиться на пол-пути, когда образуются более крупные частицы ДФ, но их седиментации не происходит.

Рассмотрим факторы, определяющие возможность коагуляции золя. Добавление в коллоидный раствор электролитов твердых веществ или концентрированных растворов, приводит к уменьшению или к увеличению заряда коллоидной частицы, или делает ее нейтральной. Это приводит к уменьшению числа молекул воды в гидратной оболочке частицы. Чем меньше гидратная оболочка, тем вероятнее коагуляция частиц дисперсной фазы. При увеличении температуры, при перемешивании золя, увеличивается частота столкновения частиц. Все это увеличивает скорость коагуляции. Коагуляция может происходить также в результате пропускания постоянного электрического тока через коллоидный раствор, то есть электрохимически. При этом заряд с коллоидной частицы снимается на одном из электродов. Далее частица теряет гидратную оболочку и наступает коагуляция.

Процессы коагуляции подчиняются следующим правилам. Все сильные электролиты, добавленные к золю в достаточном количестве, вызывают его коагуляцию. Порогом коагуляцииназывают минимальную концентрацию электролита, при которой начинается коагуляция: С_к. Чем меньше С_к, тем больше коагуляционная способность электролита. Коагуляционным действием обладает не весь электролит, а только тот ион, заряд которого совпадает по знаку с зарядом противоиона мицеллы. Этот ион называют ионом-коагулянтом. Коагулирующая способность иона-коагулянта тем больше, чем выше его заряд. При одинаковом заряде С_киона тем больше, чем больше его кристаллический радиус. У органических ионов С_кбольше, чем у неорганических ионов.

Коагуляция широко используется в технике. Например, при очистке сточных вод коагуляцию применяют для ускорения процесса осаждения тонкодисперсных примесей и эмульгированных веществ. Коагуляция эффективна для удаления из сточной воды частиц коллоидных размеров. Она происходит под влиянием добавляемых к воде специальных веществ коагулянтов.В качестве коагулянтов используют сульфаты, хлориды железа или алюминия. Они, растворяясь в воде, и подвергаясь гидролизу, образуют хлопья осадковгидроксидов железа или алюминия. Хлопья быстро оседают под действием силы тяжести. Они обладают способностью адсорбировать на себе коллоидные и взвешенные частицы и агрегировать их. Это происходит потому, что частицы загрязнений сточной воды имеют слабый отрицательный заряд, а хлопья коагулянтовслабый положительный заряд и между ними возникает взаимное притяжение. Образующиеся агрегаты могут быть легко удалены из воды с помощью фильтрования или отстаивания.

22