Особенности агрегативной устойчивости лиофобных

Дисперсных систем и структурно-механический барьер

В лиофобных системах частицы дисперсной фазы слабо вза­имодействуют с молекулами дисперсионной среды. У лиофиль-ных систем, наоборот, подобное взаимодействие максимальное. Лиофильные системы, для которых соблюдается условие (10.25), термодинамически устойчивы и не нуждаются в коллоидной защите. Лиофобные системы неустойчивы. Их устойчивость может быть сохранена искусственно. Одна из таких возможнос­тей определяется теорией ДЛФО.

Между типично лиофильными и типично лиофобными сис­темами находится большое число промежуточных дисперсных систем, которые обладают различной термодинамической устой­чивостью в зависимости от полярности дисперсной фазы и дис­персионной среды, концентрации и размера частиц. Агрегатив­ная устойчивость определяется временем протекания тех про­цессов, которые вызваны избытком поверхностной энергии. Поэтому агрегативная устойчивость имеет кинетический харак­тер, т.е. определяется временем и скоростью коагуляции.

Скорость коагуляции, которая в соответствии с условием (10.12) характеризует изменение во времени численной концен­трации, зависит от вероятности слипания е [см, формулу (10.17)]. Вероятность слипания определяет долю слипшихся частиц по от­ношению к числу соприкоснувшихся частиц. С учетом баланса

сил отталкивания и притяжения, согласно теории ДЛФО, можно определить во сколько раз уменьшится скорость коагуляции:

к_в=1/е; (10.43)

к_с называют коэффициентом стабильности, который следует рассматривать как отношение констант скорости медленной к_м и быстрой к₆ коагуляции, т.е. к_с = к_м/к_б; данное отношение и является мерой стабильности дисперсных систем.

Коэффициент стабильности как величина, обратная вероят­ности слипания, позволяет связать теоретические представления Смолуховского (см. параграф 10.3), которые абстрагируются от условий взаимодействия между частицами, с возникновением сил притяжения и отталкивания, т.е. с причинами коагуляции.

Агрегативная устойчивость может быть сохранена в результате внешнего воздействия на лиофобные системы. К числу внешних воздействий относятся ультразвуковое и электрическое поле высокого напряжения, механическое перемешивание и изменение температуры. Коагуляция интенсифицируется под действием различных излучений: светового, лазерного, рентгеновского, радиоактивного.

Сохранить агрегативную устойчивость дисперсных систем можно путем лиофилизации поверхности раздела фаз за счет снижения поверхностного натяжения. Это достигается адсорбцией и образованием на границе раздела фаз адсорбционных слоев молекул ПАВ (см. рис. 6.4), ионов и других веществ.

Устойчивость дисперсных систем опредеяют гидрофобные взаимодействия (параграф 5.5). На гидрофобных частицах, таких как фторопласт, парафин и других, маловероятны возникновение электрического заряда и образование ДЭС. Коагуляция и стабилизация дисперсных систем с гидрофобной дисперсной фазой приобретает определенную специфичность. В этом случае электролиты не могут оказывать заметного действия на коагуляционные процессы.

Регулировать процессы коагуляции и стабилизации таких дисперсных систем можно, вводя добавки ПАВ и изменяя температуру среды. Стабилизация достигается вследствие взаимодействия между гидрофобными частицами и молекулами ПАВ. С повышением температуры дисперсионной среды коагуляция усиливается; наоборот, снижение температуры повышает устойчивость дисперсной системы при добавке ПАВ.

Важным фактором агрегативной устойчивости является струк­турно-механический барьер. Речь идет об адсорбционном слое, об­разованном молекулами ПАВ или макромолекулами высокомоле­кулярных соединений. Эти адсорбционные слои формируются из длинноцепочечных молекул. При перекрытии адсорбционных слоев образуется структура, которая приобретает определенную упругость и прочность. Возникает структурно-механический ба­рьер, который является дополнительным фактором устойчивости дисперсных систем.

Адсорбционные слои могут быть окружены сольватной обо­лочкой, состоящей из ориентированных полярных молекул дис­персионной среды, чаще — воды (см. рис. 10.7). Адсорбционные слои превращаются в адсорбционно-сольватные. Такие слои могут