Классификация дисперсных структурированных систем по Ребиндеру. Дисперсные системы с конденсационно-кристаллической структурой.

По классификации П. А. Ребиндера гели делят на: I) коагуляционные структуры и 2) конденсационно-кристаллизационные структуры. Коагуляционные структуры характеризуются небольшой прочностью. Между частицами дисперсной фазы в этих системах обычно сохраняются прослойки дисперсионной среды, благодаря чему проявляется некоторая пластичность или даже эластичность. Чем тоньше прослойки среды, тем больше механическая прочность структуры, но и больше ее хрупкость. Специфическим свойством коагуляционных структур является их способность к тиксотропным превращениям, т. е. к изотермическому переходу гель < золь. Из других свойств гелей следует отметить способность к ползучести — медленному течению без заметного разрушения пространственной структуры — и синерезису — постепенному уплотнению структуры геля, сопровождающемуся выделением дисперсионной среды из петель сетки. 

Конденсационно-кристаллизационные структуры (хрупкие гели) образуются за счет химических связей между частицами либо путем сращивания кристалликов твердой фазы. Таким образом, между частицами дисперсной фазы возникают непосредственные фазовые контакты. Эти структуры жестки и хрупки; они не способны к набуханию и в них не происходит синерезис. Прочность таких структур выше, чем коагуляционных, однако после механического разрушения химические и кристаллизационные связи не восстанавливаются самопроизвольно. Вследствие этого в таких системах отсутствуют тиксотропные свойства, а также эластичность и пластичность. Типичным представителем конденсационных структур является гель кремниевой кислоты. Кристаллизационные структуры образуются при твердении минеральных вяжущих материалов: цементов, гипса, извести. 

Билет 28 Термодинамика поверхностных явлений. Общая характеристика поверхностных явлений. Поверхностная энергия в общем уравнении 1-го и 2-го законов термодинамики.

В дисперсных системах большая часть всех молекул или атомов, составляющих вещество, находится на поверхности раздела фаз. Эти поверхностные молекулы отличаются от молекул, находящихся внутри фазы по своему энергетическому состоянию, что приводит к возникновению избыточной поверхностной энергии. Избыточная поверхностная энергия равна произведению поверхностного натяжения на площадь межфазной поверхности:

.

Любая термодинамическая система стремиться уменьшить свою поверхностную энергию. Избыточная поверхностная энергия может уменьшиться за счет:

• уменьшения поверхностного натяжения: адсорбция, адгезия, смачивание, образование двойного электрического слоя;

• уменьшения площади поверхности: сферическая форма капель (сглаживание поверхности), объединение частиц (коагуляция, агрегация, коалесценция).

Причина поверхностных явлений – это разное энергетическое состояние частиц на поверхности и в объеме фазы. Силы, действующие на молекулы, находящиеся внутри жидкости, одинаковы со всех сторон, и равнодействующая этих сил Fм равна нулю. Силы, действующие на молекулы поверхностного слоя со стороны жидкости и газа неодинаковы. Равнодействующая молекулярных сил Fм не равна нулю и направлена вглубь жидкости (см. рис.29.1).

Рис.29.1. Межмолекулярные силы, действующие на частицу на поверхности и внутри фазы.

Частицы на поверхности обладают избыточной энергией по сравнению с частицами внутри фазы. Общую свободную энергию G системы с развитой поверхностью раздела фаз (дисперсной системы) можно разделить на энергию Гиббса объемной фазы и поверхностную энергию Гиббса:

G=Gv+Gs

Энергия Гиббса объемной фазы пропорциональна ее массе, а, следовательно, объему:

Gv=kV

Все поверхности раздела в зависимости от агрегатного состояния граничных фаз делят: 1) подвижные поверхности раздела: жидкость – газ, жидкость – жидкость; 2) неподвижные поверхности раздела: твердое тело – газ, твердое тело – жидкость.

Рассмотрим классификацию поверхностных явлений в соответствии с объединенным уравнением первого и второго начал термодинамики для поверхностного слоя относительно изменения энергии Гиббса:

, (2.1)

где Т – температура; S – энтропия; р – давление; V – объем; s – площадь поверхности; – поверхностное натяжение; – химический потенциал i-го компонента; n_i – число моль i-го компонента; – электрический потенциал; q – количество электричества.