Повна версія

Головна arrow Природознавство arrow КОЛОЇДНА ХІМІЯ

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   ЗМІСТ   >>

АГРЕГАТИВНА СТІЙКІСТЬ ДИСПЕРСНИХ СИСТЕМ

Коагуляції

Аграгатівная стійкість характеризує здатність системи протидіяти укрупнення частинок дисперсної фази. Для високодисперсних систем характерно рівномірний розподіл часток по всьому об'єму тривалий час, тобто вони стійкі до седиментації, тому що співвідношення сил тяжкості і сил дифузії в них врівноважено. Однак як для грубо, так і для високодіспсрсних ліофобних систем може бути характерна агрегативна нестійкість. Вони не можуть існувати без наявності в системі стабілізатора. Агрегативна стійкість (як і седиментаційна) визначає термін зберігання і якість багатьох речовин і матеріалів, в тому числі і харчових продуктів.

Як відомо, дисперсні системи поділяються на ліофільні, які виходять при мимовільному диспергування однієї з фаз, і ліофобних. Останні виходять при диспергування гетерогенної вільнодисперсні системи. Ліофобні системи мають надлишком поверхневої енергії, якщо вона нс скомпенсирована введенням спеціальної речовини - стабілізатора. У таких системах самі йдуть процеси укрупнення частинок і системи є агрегативно нестійкими.

Крім критерію ліофільності за рівнянням (5.1) використання умови A G < 0 або A G > 0 по Рсбіндсру дозволяє провести досить чітку кількісну межу між двома класами дисперсних систем - ліофільних і ліофобних.

Незважаючи на термодинамічну нестійкість при A G> 0 багато ліофобні колоїдні системи виявляються стійкими кінетично, нс змінюючись помітно протягом тривалого часу (іноді десятиліттями). Очевидно, що ці системи існують в метастабільних станів, тобто потенційний бар'єр, який перешкоджає агрегації частинок, досить високий.

Видимий довговічність багатьох ліофобних систем свідчить про те, що поряд з ван-дер-ваальсовими силами тяжіння між частинками в системі існують і сили відштовхування або ефекти, що екранують тяжіння.

У кінетично стійких гідрофобних системах спостерігається помітний електрофорез. Припинення його з тих чи інших причин призводить до негайної коагуляції; збільшення концентрації сильного електроліту, що зменшує і у / ^ -потенціал, і ^ -потенціал, також призводить до коагуляції. Це свідчить про електричну природу сил відштовхування в типових гідрофорбних системах.

Агрегативна стійкість обумовлена факторами, які поділяються на термодинамічні (електростатичний, адсорбціонносольватний, ентропійний) і кінетичні (структурно-механічний і гідродинамічний).

Термодинамічні чинники пов'язані з величиною питомої поверхневої енергії і ентропією системи, а кінетичні впливають на швидкість зіткнення частинок і залежать від в'язкості і щільності дисперсійного середовища. Для реальних систем зазвичай характерний змішаний фактор (діють кілька чинників одночасно).

Кожному фактору стійкості відповідає специфічний метод нейтралізації (стабілізації системи), наприклад, дія електростатичного фактора значно знижується при введенні в систему електролітів. Вибір фактора стабілізації визначається властивостями дисперсної фази і дисперсійного середовища.

Руйнування ліофобних дисперсних систем йде за рахунок призводять до зменшення вільної енергії системи процесів: ізотермічної перегонки від малих часток до більшим, коалесценции (злиття частинок) і коагуляції (агрегування частинок при їх склеюванні).

Один з можливих механізмів укрупнення частинок - коагуляція. Коагуляція - процес злипання або злиття частинок колоїдної системи. У більш вузькому сенсі каогуляціей називається процес злипання, а злиття частинок називається коалесценції. Коагуляція супроводжується порушенням агрегативной стійкості системи.

Деякі автори дають таке визначення каогуляціі, під яке потрапляють всі процеси, які супроводжують втрату агрегативной стійкості, незважаючи на те, що механізми процесу можуть бути різними.

Втрата агрегативной стійкості для системи може закінчитися як руйнуванням системи, так і освітою в ній структур, тобто структуроутворення (останнє характерно і для ліофільних дисперсних систем при високих концентраціях). Вважається, що структуро- освіту, що протікає в системах при великих концентраціях дисперсної фази, є найважливішим проявом процесу коагуляції.

Обидва процеси - руйнування і сгруктурообразованіе - протікають в два етапи.

Перший етап коагуляції полягає в зближенні частинок дисперсної фази і взаємної їх фіксації на невеликих відстанях один від одного. Між частинками залишаються прошарку середовища. В результаті утворюються флокули - агрегати з декількох частинок, розділених прошарками середовища, або коагуляційні структури, що відрізняються рухливістю часток щодо один одного під дією порівняно невеликих навантажень (місця контактів розділені прошарками середовища). Процес відповідно називається флокуляцией при руйнуванні. При структурообразо- вання аналогічний процес називається коагуляційний структуруванням (структуроутворення).

Перший етап і тому, і в іншому випадку звернемо. Зворотний процес утворення стійкої вільнодисперсні системи з осаду або гелю (структурованої дисперсної системи) називається пептизацією.

Коагуляційні структури характеризуються підвищеною в'язкістю і пластичністю, вони мають тиксотропні властивості - здатність відновлювати структуру після механічного впливу.

Другий етап - це більш глибокий процес коагуляції, який призводить до руйнування прошарків середовища і безпосередньому контакту частинок. У підсумку або утворюються жорсткі aiperaTbi з твердих частинок або відбувається повне злиття їх в системах з рідкого або газоподібного дисперсною фазою. У концентрованих системах утворюються жорсткі об'ємні конденсаційні структури твердих тіл, які знову перетворити в вільнодисперсні систему можна тільки за допомогою диспергування.

У початково седиментаційно-стійких вільнодисперсні системах коагуляція часток дисперсної фази, так само як і їх укрупнення внаслідок подальшої коалесценции або ізотермічної перегонки, може привести до втрати системою седіменгаціонной стійкості. Разом з тим, коагуляція може і не супроводжуватися видимим седіментаці- онним розшаруванням системи. Це спостерігається в тих випадках, коли агрегування частинок призводить до розвитку суцільний просторової сітки частинок, що заповнює весь обсяг системи, тобто до утворення связно- дисперсної системи - гелю.

 
<<   ЗМІСТ   >>