Устойчивость дисперсных систем. Основы теории ДЛФО.

Устойчивость лиофобных дисперсных систем –способность систем препятствовать протеканию процессов, ведущих к изменению их дисперсности, характера распределения частиц по размерам, а также в объеме дисперсионной среды.

1) Термодинамическая (агрегативная) неустойчивость - постепенном увеличении размеров дисперсных частиц или образования агрегатов из слипшихся частиц.

Избыточная поверхностная энергия A^s дисперсной системы описывается уравнением:

,

где K – коэффициент формы; σ – удельная поверхностная энергия;
ρ_d – плотность вещества дисперсной фазы, m_d – масса дисперсной фазы.

Уравнение показывает, что возможны:

Ø Укрупнение дисперсных частиц σ = const - коалесценция (слияние) - характерна для систем с жидкими или газообразными частицами.

Ø Уменьшение поверхностного натяжения, d = const – коагуляция - образование агрегатов из многих дисперсных частиц, разделенных тонкими прослойками дисперсионной среды (характерна для систем с твердыми частицами).

2) Седиментационная неустойчивость. Из-за различия плотностей веществ дисперсной фазы и дисперсионной среды (ρ₀), что приводит к постепенному оседанию более крупных частиц (если ρ_d > ρ₀) или их всплыванию (если ρ_d < ρ₀).

3) Фазовая неустойчивость - изменение структуры частиц при сохранении их размеров (в коллоидных растворах металлов, оксидов и гидроксидов дисперсные частицы обычно аморфны, со временем внутри частиц может происходить энергетически выгодный процесс кристаллизации).

4) Поверхностная неустойчивость (причины различны). Например, ПАВ с большой молекулярной массой (белки) медленно диффундируют из объема дисперсионной среды на поверхность частиц и со временем образуют адсорбционный слой. Другой возможный механизм – растворение вещества дисперсных частиц в дисперсионной среде

Неравновесность вызывает изменения дисперсных систем, характеристики дисперсных систем могут существенно изменяться во времени.

Теория устойчивости гидрофобных золей Дерягина, Ландау, Фервея и Овербека (теория ДЛФО).

1) Если преобладает сила притяжения - дисперсные частицы сближаются, между ними возникает контакт, они объединяются в более крупный агрегат (коллоидный «димер»). Таким образом, в этом случае элементарный акт процесса коагуляции может состояться.

2) Если преобладает электростатическое отталкивание, то частицы могут не вступать в непосредственное соприкосновение, и коагуляция золя не происходит.

Основной фактор термодинамической устойчивости дисперсной системы в теории ДЛФО - электростатическое отталкивание дисперсных частиц.

3. Приведите на одном рисунке изотермы поверхностного натяжения ПИВ и ПАВ а)немицеллообразующего, б) мицеллообразующего, в) ионогенного немицеллообразующего.

ПИВ - поверхностно-инактивные вещества, ПАВ – поверхностно-активные вещества, ККМ – критическая концентрация мицеллообразования.

 

Замечено, что сливочное масло взбивается легче из постоявшей сметаны, чем из свежей. Дайте объяснение этому явлению с коллоидно-химической точки зрения, учитывая также и некоторое прокисание сметаны при стоянии.

Сливочное масло — пищевой продукт, получаемый из сливок. Представляет собой эмульсию, в которой капельки воды являются дисперсной фазой, а жир - дисперсионной средой (в отличие от сливок, где жир является дисперсной фазой, а вода - дисперсионной средой).

У постоявшей сметаны уменьшается агрегативная устойчивость и частички жира легче и быстрее слипаются, следовательно, когда взбивают сметану, ускоряют процесс слипания частиц. Прокисание сметаны также приводит к уменьшению агрегативной устойчивости.

5. Изобразите формулы двух мицелл гидрозоля С, полученного из растворов веществ А и В в случае избытка вещества А или В. А - CaCl₂, В - H₂SO₄, С - CaSO₄

Реакция: CaCl₂+ H₂SO₄ = CaSO₄ + 2HCl

В первом случае(избыток А): {m[CaSO₄]nCa²⁺2(n-x)Cl^-}^2x+2xCl^-

В избытке B: {m[CaSO₄]nSO₄^2-2(n-x)H⁺}^2x-2xH⁺

6. Имеются электролиты K₂SO₄, NaNO₃, Ca(NO₃)₂, способные вызвать коагуляцию золя, полученного при взаимодействии избытка KBr с AgNO₃. Как соотносятся пороги коагуляции данного золя, этими электролитами? Изобразите графически как изменяется ζ-потенциал при увеличении концентрации каждого из электролитов.

KBr_изб+AgNO₃=AgBr↓+KNO₃

{[mAgBr]nBr^-(n-x)K⁺}^x-xK⁺

Порог коагуляции:

K₂SO₄≥NaNO₃>Ca(NO₃)₂

 

 

Билет 8.