Устойчивость гидрофобных коллоидных систем. Коагуляция золей Виды устойчивости золей

Как было показано ранее, гидрофобные коллоидно-дисперсные системы, по сравнению с истинными растворами, отличаются термодинамической неустойчивостью и склонностью к самопроизвольному уменьшению со временем своей степени дисперсности, а значит, и числа частиц дисперсной фазы в единице объема.

Изменение свойств коллоидной системы, происходящее в результате протекания данного явления, называется иначе старениемзоля.

Основной причиной старения является слипание коллоидных частичек друг с другом в большие агрегаты, которые за счет действия сил тяжести постепенно оседают на дно раствора, вызывая тем самым его расслоение на две несмешивающиеся друг с другом фазы, обладающие минимальной поверхностью раздела.Данный процесс называюткоагуляцией. Чем медленнее он протекает, тем более устойчивой считается дисперсная система.

При коагуляции коллоидных растворов происходит изменение размеров и числа кинетически активных частиц дисперсной фазы. Поэтому о коагуляции можно судить по изменению тех свойств системы, которые зависят от вышеуказанных факторов.

Выделяют два вида коагуляции: скрытую и явную.

Скрытой коагуляциейназывается начальная стадия агрегации, при которой в системе визуально (невооруженным глазом) не наблюдается каких-либо внешних изменений. О протекании скрытой коагуляции судят по изменению таких свойств золя, как интенсивность броуновского движения, светорассеяние, скорость электрофореза.

Явной коагуляциейназывается такая стадия агрегации коллоидных частиц, при которой изменяется окраска раствора, наблюдается появление мути или образование осадка. Таким образом, переход скрытой коагуляции в явную фиксируется визуально.

Скорость коагуляции в золях может колебаться в широких пределах. Известны золи, сохраняющиеся без видимых изменений десятки лет, и золи, разрушающиеся в течение нескольких секунд после своего образования.

На устойчивость золей оказывают влияние многие факторы, главными из которых являются: наличие стабилизаторов, добавки определенных посторонних веществ, внешние условия хранения.

Различают 2 вида устойчивости золей: кинетическую и агрегативную.

Под кинетической (или седиментационной) устойчивостью подразумевается способность коллоидных частиц равномерно распределяться во времени по всему объему раствора.

Кинетическая устойчивость обеспечивается, в первую очередь, броуновским движением коллоидных частиц и протекающим при этом процессом их диффузии. В связи с этим на нее оказывают аналогичное влияние те же факторы, от которых зависит интенсивность броуновского движения. К ним относятся: дисперсность системы, вязкость дисперсионной среды, разность плотностей вещества дисперсной фазы и дисперсионной среды, температура раствора.

Из всех перечисленных факторов наибольшее влияние на скорость осаждения коллоидных частиц оказывает степень дисперсности системы и ее температура. Чем меньше размер частиц и больше температура золя, тем выше устойчивость системы. Коллоидно-дисперсные системы, в которых скорость осаждения взвешенных частиц под влиянием силы тяжести настолько мала, что ею можно пренебречь, принято называть кинетически устойчивыми.

Под агрегативной устойчивостью золя подразумевают способность коллоидных частиц не слипаться друг с другом в большие агрегаты и удерживать тем самым во времени определенную степень дисперсности вещества в растворе на постоянном уровне.

Агрегативная устойчивость лиофобных золей обеспечивается, в первую очередь, действием стабилизаторов, которые сообщают коллоидным частицам двойной электрический слой, или образуют на их поверхности защитную оболочку из молекул растворителя.

Установлена прямая зависимость между величиной дзетта-потенциала гранулы, толщиной гидратной (сольватной) оболочки частицы и агрегативной устойчивостью золя.

Следует подчеркнуть, что некоторые факторы на агрегативную и кинетическую устойчивость действуют противоположным образом.

Так, повышение температуры препятствует осаждению коллоидных частиц, но способствует их агрегированию (т.е. слипанию). Если возрастание интенсивности броуновского движения препятствует осаждению частиц, то слипание их при этом, наоборот, усиливается.

Представления о седиментационной и агрегативной устойчивости золя в настоящее время дополняются понятием о конденсационной (фазовой) устойчивости. Здесь имеется в виду структура и прочность частиц осадка, образующихся в ходе коагуляции золя.

Конденсационно-устойчивые системыв процессе коагуляции образуют непрочные агрегаты (флоккулы), которые выпадают в виде рыхлых осадков. В них частицы дисперсной фазы теряют свою индивидуальную подвижность, но сохраняются как самостоятельные единицы в течение длительного времени. Этому способствуют прослойки из молекул дисперсионной среды между частицами. Осадки с такой структурой при соответствующих условиях могут снова распадаться на отдельные коллоидные частицы, т.е. подвергаться пептизации.

Конденсационно-неустойчивые системыхарактеризуются образованием агрегатов с прочной структурой. К этому приводят непосредственные фазовые контакты частиц друг с другом и протекающие при этом процессы их кристаллизации, срастания и т.п. Данные осадки являются необратимыми и не могут вновь образовывать коллоидные растворы. Прочность межчастичных контактов в таких структурах может достигать прочности самих частиц.

Фазовые контакты возникают при слеживании гидроскопических порошков, отвердевании минеральных вяжущих материалов (цемента, гипса).