загрузка...
 
СТІЙКІСТЬ І КОАГУЛЯЦІЯ ДИСПЕРСНИХ СИСТЕМ
Повернутись до змісту

СТІЙКІСТЬ І КОАГУЛЯЦІЯ ДИСПЕРСНИХ СИСТЕМ

Проблема стійкості дисперсних систем і факторів, що її викликають,  є головною в колоїдній хімії.

Стійкість або нестійкість гетерогенних колоїдних систем залежить від того, що сильніше: або сили зчеплення (притягання, або атракційні сили), під впливом яких відбувається злипання  часточок і спостерігається процес осадження – седиментація, або сили відштовхування, які перешкоджають зближенню часточок і їх з’єднанню. Сили притягання мають   характер  молекулярної взаємодії

(вандерваальсові сили). Сили відштовхування визна-чаються електростатичною взаємодією між іонами ПЕШ, які оточують кожну колоїдну частинку і перешкоджають випадінню  дисперсної фази в осад.

Розрізняють кінетичну (седиментаційну), термодинамічну і агрегативну стійкість.

1 Кінетична (седиментаційна) стійкість – здатність дисперсних частинок перебувати у завислому стані  і не седиментуватися, тобто не осідати.  У дисперсних системах, як і в природних розчинах, існує броунівський рух, що супроводжується дифузним вирівнюванням концентрації частинок у всьому об’ємі золю. Броунівський рух залежить від розмірів частинок, в’язкості дисперсного середовища, температури тощо. Частинки дисперсної фази, які перебувають у завислому  стані в газоподібному або рідкому середовищі, зазнають дії двох протилежних сил: а) сил тяжіння (гравітаційні сили), які концентрують часточки в нижніх шарах; б) сил дифузії, які переміщують дисперсну фазу із зони великих концентрацій у зону менших.

Тонкодисперсні системи (золі), часточки яких практично не осідають під впливом сили тяжіння, називаються кінетично (седиментаційно) стійкими.  До них належать гідрофільні золі – розчини полімерів, білків тощо. Гідрофобні золі, грубодисперсні системи (суспензії, емульсії) принципово кінетично нестійкі.  В них достатньо швидко проходить розподіл фази та середовища.

2   Термодинамічно    стійкі   дисперсні    системи

(DG < 0) звичайно утворюються в результаті мимовільного диспергування (розчинення) однієї з фаз. До них належать деякі ліофільні колоїди (глини, мила і інші), а також розчини ВМС (молекулярні колоїди) – розчини білка, ДНК, РНК та інші. Так, у водному розчині молекула білка згорнута в міцелу з ПЕШ на поверхні.

Термодинамічно нестійкі дисперсні системи мають високорозвинуту поверхню, велику надлишкову поверхневу енергію (DG > 0). Для достатньої стійкості такі системи потребують добавки стабілізаторів. До них належать ліофобні колоїди: золі металів і інші. Однак, незважаючи на термодинамічну нестійкість, багато ліофобних систем є кінетично стійкими.

3 Агрегатна стійкість – здатність часточок дисперсної фази зберігати ступінь дисперсності незмінним. В агрегатно стійких системах часточки дисперсної фази при зіткненні не злипаються і не утворюють агрегатів.  Але при порушенні агрегатної стійкості колоїдні часточки утворюють великі агрегати з подальшим випаданням дисперсної фази в осад. Такий процес називається коагуляцією, і протікає він мимовільно, тому що при цьому зменшується вільна енергія системи (D G<0).

До факторів, які впливають на стабільність колоїдних систем, належать :1 Наявність електричного заряду дисперсних часточок. Дисперсні часточки ліофобних золів мають однаковий заряд,  і тому при  зіткненні вони будуть

відштовхуватися один від одного  тим сильніше, чим вищий дзета-потенціал. Однак електричний фактор не завжди є визначаючим, тому що відомі золі, в яких збільшення дзета-потенціалу зменшує їх агрегатну стійкість.

2 Здатність до сольватації (гідратації) стабілізувальних іонів. Чим більше гідратовані  (сольватовані) протиіони в дифузному шарі, тим більша загальна гідратна (сольватна) оболонка навколо гранул  і тим стабільніша дисперсна  система.

Згідно з теорією стійкості (Дерягін, Ландау, Фервей, Овербек) при броунівському русі колоїдні часточки вільно зближуються на відстань до 10-5 см. Подальшому зближенню перешкоджає так званий розклинювальний тиск, який виникає в тонких шарах води, що містяться між двома твердими поверхнями. Під впливом електростатичних полів, які утворюються іонами колоїдних часточок, молекули води поляризуються, розміщуючись більш упорядковано, і прилягаючий  до часточки тонкий шар води отримує особливі властивості (підвищена в’язкість,  пружність  тощо), що і перешкоджає з’єднанню часточок. Якщо часточки мають енергію, достатню для подолання тиску розклинювання, то на відстані, яка дорівнює діаметру часточок (~ 10-7 – 10-8 см), починає переважати міжмолекулярне притягання і молекули об’єднуються, утворюючи агрегати з подальшою коагуляцією.

3 Адсорбційно-структурний (структурно-механічний)  фактор характерний для колоїдних систем, отриманих у неводних полярних розчинниках, а також для захисту гідрозолів і гідросуспензій від коагулювальної дії електролітів. У цих системах на поверхні колоїдних часточок адсорбуються не тільки іони, але і молекули, причому    більш    ефективно адсорбуються молекули ВМС, миючих речовин, білків, розчинних у воді, ефірів целюлози, крохмалю тощо. У результаті на поверхні колоїдної часточки, крім іонсольватної оболонки, утворюється адсорбційний шар молекул полімерів, які утворюють просторову структуру, що захищає часточку від злипання. При взаємодії цих молекул між собою утворюється гелеподібна механічно стійка плівка сітчастої структури.

Здатність ВМС до утворення полімолекулярного адсорбційного шару на поверхні колоїдних часточок називається захисною дією (див. стор. 29 ).



загрузка...