Пены, стабилизация и разрушение.

Пены – дисперсные гетерогенные системы, в которых пузырьки газа являются дисперсной фазой, разделены тонкой пленкой жидкости. Размер пузырьков может быть от нескольких мм до 10 см.

Механизм образования пен заключается в обволакивании пузырьков газа двойным слоем ориентированных молекул жидкости с последующим образованием на поверхности жидкости пространственной сетки-каркаса. Отношение объема пены к объему жидкости, пошедшей на ее образование, называется кратностью пены, которая может составлять от 10-20 до нескольких сотен (сухие пены). Большая роль в стабилизации пен принадлежит эффекту Марангони – при локальном утончении пленки ↑σ, возникший градиент σ вызывает течение жидкости к месту утончения.

Большое значение для устойчивости пен имеет вязкость жидкости (глицерин). Для образования устойчивых пен в систему вводят вещества – пенообразователи. Они делятся на слабые и сильные. Слабые – это ПАВы, которые изменяют только σ на межфазной поверхности (спирты, органические кислоты, фенолы). Сильные – это тоже ПАВы, но кроме того создающие высоковязкие и прочные адсорбционные слои, увеличивая время жизни пен от минут до часов и суток (полуколлоиды, белковые вещества, гликозиды, тинниды).

Разрушение пен осуществляют следующими способами:

1. Введением специальных пеногасителей, ПАВ, имеющих большую поверхностную активность или способных растворять пленку жидкости (природные масла, жиры, спирты, эфиры, SТ – органические соединения)

2. Механические – использование мешалок, дисков, циклонов

3. Термические – нагрев системы с испарением пленки жидкости (острый пар)

4. Акустические – ультразвук

Аэрозоли. Устойчивость и разрушение.

1 км² Земли выбрасывает в год 20т аэрозолей . Это системы с твердой или жидкой дисперсной фазой и газообразной дисперсионной средой. Они отличаются крайней агрегативной неустойчивостью. Эти системы обладают лишь кинетической устойчивостью. Число частиц в них не может быть больше 10⁷ (гидрозоль 10¹⁶). Константа коагуляции аэрозолей значительно выше К коагуляции гидрозолей. На скорость их коагуляции влияют звуковые колебания и конвективные потоки.

Устойчивость аэрозолей определяется механизмом их происхождения. При механическом диспергировании . Наиболее стабильны туманы, получаемые при конденсации пересыщенных паров, гидролизе ряда газов (TiCl₄), при термическом разложении некоторых солей, при производстве H₂SO₄, H₃PO₄, HCl и меньше. Вся атмосфера Земли представляет собой аэродисперсную систему (частицы воды, солей, микроорганизмы, споры растений и т.д.).

Разрушение аэрозолей проводится следующими методами:

1. Механическими (пылеуловители, циклоны, скрубберы) -

2. Электрическими (электофильтры, в которых генерируются отрицательно заряженные ионы и электроны, которые отдают свой заряд частицам при движении в электрическом поле) -

3. Фильтрованием

4. Конденсация паров жидкости в среде аэрозолей, что приводит к их коагуляции. Аэрозольные баллоны – выброс под действием давления насыщенного пара над «ж». Пропелленты – фреоны F – 22, F – 114.

Суспензии. Обеспечение их устойчивости.

Suspensio – подвешивание. Дисперсионные системы с твердой дисперсной фазой и жидкой дисперсионной средой. Обладают большой склонностью к седиментации. Для получения агрегативно и седиментационно устойчивых суспензий необходимо:

1. обеспечить диспергирование до требуемой степени дисперсности. Какао, чтобы не оседало, 10 мин должно иметь . Шоколад имеет (это затвердевшая суспензия) – среда какао-масло, фазы все другие.

2. подбор дисперсной среды, смачивающей частицы дисперсной фазы (сажа – вода – неустойчивая, сажа – бензол – устойчивая)

3. подбор и введение в систему веществ стабилизаторов (ПАВ, образующих на частицах дисперсной фазы защитную пленку, препятствующую процессу коагуляции) – желатин, крахмал, сапонины, альбумины и т.д.

Гели

Гелями называются структуры, образованные коллоидными частицами или молекулами полимеров в форме простейших сеток, ячейки которых обычно заполнены раствором.

Занимают промежуточное положение между растворами и твердыми полимерами (мясо, клеточные оболочки, адсорбенты).

Гели бывают хрупкими, образованными коллоидными частицами SiO₂, TiO₂, SuO₂, и эластичными (желатин,каучук, полимеры). Хрупкие гели имеют жесткий каркас и не изменяют свой объем при высушивании, поэтому называются ненабухающими. Образуются при коагуляции золей с последующим уплотнением их структуры. До уплотнения структуры возможен обратный переход геля в золь. Взаимообратимый переход золя в гель называется тиксотропией. Обратный переход геля в золь происходит при нагреве или механическом воздействии.

Эластичные гели называются студнями. Благодаря гибкости молекулярных цепей в пространственной сетке они легко изменяют свой объем при поглощении или отдаче растворителя. Объем студня может возрастать в десятки раз. Процесс поглощения растворителя называется набуханием. Оно может быть неограниченным и тогда гель переходит в золь (набухание каучука в бензине).

Эластичные гели или студни образуются при, как правило, за счет снижения растворимости дисперсной фазы в растворителе (снижение температуры). Если процесс их застудневания предшествует достижению равновесия между дисперсной фазой и дисперсной средой, либо за счет старения, то происходит расслоение студня на более плотный осадок и слой жидкости. Процесс самопроизвольного расслоения геля называется синерезисом. Имеет практическое значение: жидкость делится на свободную и связанную (входит в сольватную оболочку). У младенцев она 70%, у пожилых людей <40% – дряблость кожи, морщины.