Тема 2.3 Грубодисперсные коллоидные системы.

Дисперсные системы, размер частиц в которых более 10^-5 см называются грубодисперсными. К ним относят эмульсии, суспензии, порошки, пены. В таких системах коллоидные частицы можно увидеть невооруженным глазом и их растворы, как правило, не прозрачные. В грубодисперсных системах практически отсутствует броуновское движение, поэтому они кинетически неустойчивы. Частицы дисперсной фазы в них сравнительно быстро оседают или всплывают.

Грубодисперсные системы с твердой дисперсной фазой и жидкой дисперсионной средой называют суспензиями. Суспензиями являются многие краски, побелка, строительные растворы (цементный раствор, бетон). Особую группу составляют грубодисперсные системы, в которых концентрация дисперсной фазы относительно велика. Примерами таких систем могут служить пасты (в том числе зубная), кремы, мази.

Седиментационный анализ – это совокупность методов определения размеров частиц в дисперсных системах по скорости седиментации. Этот метод основан на непосредственном определении увеличения веса осадка на какой-либо поверхности при седиментации. При оседании в гравитационном поле можно определить размеры частиц микрогетерогенных систем, а при оседании в центробежном поле ультрацентрифуги - частиц коллоидных систем или даже размеры макромолекул в растворах высокомолекулярных веществ.. В химической технологии этот вид анализа применяется для определения размеров частиц суспензий, эмульсий, порошков и др.

Полидисперсные системы состоят из частиц неодинаковых размеров. Соответственно, частицы, образующие отдельные фракции, будут осаждаться с разными скоростями. Самый простой вариант полидисперсной системы – это бидисперсная система, состоящая из двух фракций – мелких и крупных частиц. Как будет выглядеть кривая седиментации такой системы?

График кинетики седиментации бидисперсной системы, представленный на рисунке 11.1.

Рис. 11.1 Седиментационная кривая

Грубодисперсную систему можно получить из двух несмешивающихся друг с другом жидкостей. Если несколько капель растительного масла энергично взболтать в пробирке с несколькими миллилитрами воды, образуется мутная дисперсная система - эмульсия. Со временем она расслоится, поскольку представляет собой грубодисперсную систе му.Обычно одной из жидкостей является вода, а другой - масло, бензин, керосин, бензол и т.п.

Эмульсии - неустойчивые системы. В отсутствии стабилизатора капельки эмульгированного вещества сливаются в сплошной слой жидкости, и система полностью распадается на две жидкие фазы. Вещества, стабилизирующие эмульсию, называют стабилизаторами или эмульгаторами. Они обладают способностью адсорбироваться на поверхности капель эмульсии и препятствовать их смешиванию. Эмульгатор должен быть подобен той жидкости, которая образует дисперсионную среду.

При столкновении капелек происходит легкое и полное их слипание, называемое коалесценцией. Поэтому разбавленные эмульсии могут существовать в метастабильном состоянии лишь в очень благоприятных условиях (малая концентрация электролита). Влияние электролитов соответствует правилу Шульце- Гарди, многозарядные ионы изменяют знак заряда частиц, в устойчивых эмульсиях наблюдается заметный электрофорез.

Пены - грубодисперсные системы, в которых дисперсная фаза — газ, а дисперсионная среда — жидкость в виде тонких пленок. Чистые жидкости не дают пен. Чтобы получить устойчивые пены, необходимы эффективные стабилизаторы-пенообразователи. К типичным пенообразователям водных пен относятся спирты, мыла, белки.

Пены, как в все дисперсные системы, являются термодинами­чески неустойчивыми по причине высокой удельной поверхности и, следовательно, большой величины свободной поверхностной энергии системы.

Для характеристики устойчивости пены обычно принимают время существования пены с момента ее возникновения до полного разрушения или время, за которое высота столба пены убывает в 2 раза.

Устойчивость пены зависит от кратности, дисперсности, держания ПАВ в растворе, а также температуры и состояния окружающей среды и других факторов.

Лабораторная работа № 11