Postoje termodinamički i kinetički faktori stabilnosti,

TO termodinamički faktori uključuju elektrostatičke faktore, faktore adsorpcije-solvatacije i entropije.

Elektrostatički faktor nastaje zbog postojanja dispergovanog dvostrukog električnog sloja na površini čestica. Glavne komponente elektrostatičkog faktora su naboj granula svih koloidnih čestica, vrijednost elektrokinetičkog potencijala, kao i smanjenje površinske napetosti međufaze uslijed adsorpcije elektrolita (posebno u slučajevima gdje su elektroliti ionski tenzidi ).

Identični električni naboj granula dovodi do međusobnog odbijanja koloidnih čestica koje se približavaju. Štaviše, na udaljenosti većoj od prečnika micela, elektrostatičko odbijanje je uzrokovano uglavnom nabojem protujona u difuznom sloju. Ako se čestice koje se brzo kreću jedna s drugom sudaraju, onda se protujoni difuznog sloja, koji su relativno slabo vezani za čestice, mogu pomjeriti, i kao rezultat toga granule dolaze u kontakt. U isto vreme glavna uloga Elektrokinetički potencijal igra ulogu u silama odbijanja. Naime, ako njegova vrijednost prelazi 70–80 mV, tada čestice koje se sudaraju kao rezultat Brownovog kretanja neće moći savladati elektrostatičku barijeru, a nakon sudara će se raspršiti i neće doći do agregacije. Uloga površinske napetosti kao faktora termodinamičke stabilnosti razmatrana je u prvom poglavlju.

Faktor adsorpcije-solvatacije povezana s hidratacijom (solvatacijom) i samih čestica dispergirane faze i iona ili nenabijenih molekula surfaktanta adsorbiranih na njihovoj površini. Hidratacione ljuske i adsorpcijski slojevi povezani su sa površinom čestica silama prianjanja. Stoga, za direktan kontakt agregata, čestice koje se sudaraju moraju imati energiju neophodnu ne samo da savladaju elektrostatičku barijeru, već i da prevaziđu rad adhezije.

Entropijski faktor sastoji se u težnji dispergirane faze da kao rezultat difuzije ravnomjerno raspoređuje čestice dispergirane faze po volumenu sistema. Ovaj faktor se manifestuje uglavnom u ultramikroheterogenim sistemima čije čestice učestvuju u intenzivnim Brownovo kretanje.

Na kinetičke faktore stabilnost uključuju strukturno-mehaničke i hidrodinamičke faktore.

Strukturno-mehanički faktor To je zbog činjenice da hidratacijske (solvatne) ljuske koje postoje na površini čestica imaju povećanu viskoznost i elastičnost. To stvara dodatnu silu odbijanja kada se čestice sudaraju – tzv razdvajajući pritisak. Elastičnost samih adsorpcionih slojeva takođe doprinosi razdvajajućem pritisku. Doktrinu razdvajanja pritiska razvio je B.V. Deryagin (1935).

Hidrodinamički faktor povezana sa viskozitetom disperzijskog medija. Smanjuje brzinu razaranja sistema usporavanjem kretanja čestica u mediju visokog viskoziteta. Ovaj faktor je najmanje izražen u sistemima sa gasno okruženje, a njegova najveća manifestacija se uočava u sistemima sa čvrstim medijem, gdje su čestice dispergirane faze uglavnom lišene pokretljivosti.

Stabilnost u stvarnom životu disperzovanim sistemima obično obezbeđuju više faktora istovremeno. Najveća stabilnost se uočava pod kombinovanim delovanjem termodinamičkih i kinetičkih faktora.

Svaki faktor održivosti odgovara specifična metoda njegova neutralizacija. Na primjer, učinak strukturno-mehaničkog faktora može se ukloniti upotrebom tvari koje ukapljuju i otapaju elastične strukturirane slojeve na površini čestica. Solvatacija se može smanjiti ili potpuno eliminisati liofobizacijom čestica dispergovane faze tokom adsorpcije odgovarajućih supstanci. Efekat elektrostatičkog faktora je značajno smanjen kada se elektroliti uvode u sistem, kompresujući DES. Ovaj posljednji slučaj je najvažniji kako za stabilizaciju tako i za uništavanje dispergiranih sistema.

Koagulacija

Kao što je već spomenuto, koagulacija se zasniva na narušavanju agregativne stabilnosti sistema, što dovodi do sljepljivanja čestica dispergirane faze prilikom njihovog sudara. Izvana, koagulacija koloidnih otopina se manifestira u obliku zamućenja, ponekad praćenog promjenom boje, praćenom taloženjem.

U agregatima koji nastaju tokom koagulacije, primarne čestice su međusobno povezane ili preko sloja disperzionog medija, ili direktno. Ovisno o tome, agregati mogu biti ili labavi, lako podložni peptizaciji, ili prilično jaki, često ireverzibilni, koji se peptiziraju teško ili uopće ne peptiziraju. U sistemima sa tečnim disperzionim medijumom, posebno sa visokom koncentracijom čestica dispergovane faze, taloženje nastalih agregata često je praćeno formiranjem strukture – formiranjem koagela ili gela koji pokrivaju čitav volumen sistema.

Prva faza koagulacije sola kada je narušena njegova stabilnost je skrivena koagulacija, koji se sastoji od kombinovanja samo malog broja čestica. Skrivena koagulacija obično nije vidljiva golim okom i može se uočiti samo posebnim pregledom, na primjer, ultramikroskopom. Nakon toga dolazi do latentne koagulacije eksplicitno, kada se tako značajan broj čestica spoji da to dovodi do jasno vidljive promjene boje, zamućenja sola i gubitka rastresitog taloga iz njega ( koagulira). Koagulati koji nastaju kao rezultat gubitka agregativne stabilnosti su taložne (ili plutajuće) formacije različite strukture - guste, zgrušane, flokulantne, vlaknaste, kristalne. Struktura i čvrstoća koagulata je u velikoj mjeri određena stupnjem solvatacije (hidratacije) i prisustvom adsorbiranih supstanci različite prirode, uključujući surfaktante, na česticama.

P. A. Rebinder je detaljno proučavao ponašanje sola tokom koagulacije sa zaštitnim faktorima koji nisu u potpunosti uklonjeni i pokazao da se u takvim slučajevima uočava formiranje strukture koagulacije, što dovodi do pojave sistema nalik gelu (o čijoj će strukturi biti riječi u poglavlju 11). .

Obrnuti proces koagulacije naziva se peptizacija (vidjeti dio 4.2.3). U ultramikroheterogenim sistemima, u kojima je energija Brownovog kretanja srazmerna energiji vezivanja čestica u agregatima (flokulama), može se uspostaviti dinamička ravnoteža između koagulacije i peptizacije. Mora ispuniti uslov

½ zE = kT ln( V s/ V do),

Gdje z – koordinacijski broj čestice u prostornoj strukturi koagulata (drugim riječima, broj kontakata jedne čestice u rezultirajućem agregatu sa ostalim česticama uključenim u njega), E – energija veze između čestica u kontaktu, k – Boltzmannova konstanta, T – apsolutna temperatura, V h – zapremina po čestici u koloidnoj otopini nakon formiranja koagulata (ako je koncentracija čestica jednaka n čestice/m3, zatim V z = 1/ n ,), V k je efektivna zapremina po čestici unutar strukture koagulacije (ili zapremina u kojoj ona fluktuira u odnosu na ravnotežni položaj).

U liofobnim disperznim sistemima nakon koagulacije, koncentracija čestica u ravnotežnom pepelu je obično zanemarljiva u odnosu na njihovu koncentraciju. Dakle, u skladu sa gornjom jednačinom, koagulacija je po pravilu ireverzibilna. U liofilnim sistemima, energije vezivanja između čestica su male i stoga

½ zE < kT ln( V s/ V do),

odnosno koagulacija je ili nemoguća, ili in visok stepen reverzibilan.

Razlozi koji uzrokuju koagulaciju mogu biti vrlo različiti. To uključuje mehaničke utjecaje (miješanje, vibracije, tresenje), temperaturne utjecaje (zagrijavanje, ključanje, hlađenje, smrzavanje) i druge, često teško objašnjive i nepredvidive.

Ali najvažnija u praktičnom smislu i ujedno najbolje proučavana je koagulacija pod uticajem elektrolita ili koagulacija elektrolita.

Postoje termodinamički i kinetički faktori stabilnosti,

TO termodinamički faktori uključuju elektrostatičke faktore, faktore adsorpcije-solvatacije i entropije.

Elektrostatički faktor nastaje zbog postojanja dispergovanog dvostrukog električnog sloja na površini čestica. Glavne komponente elektrostatičkog faktora su naboj granula svih koloidnih čestica, vrijednost elektrokinetičkog potencijala, kao i smanjenje površinske napetosti međufaze uslijed adsorpcije elektrolita (posebno u slučajevima gdje su elektroliti ionski tenzidi ).

Identični električni naboj granula dovodi do međusobnog odbijanja koloidnih čestica koje se približavaju. Štaviše, na udaljenostima većim od prečnika micela, elektrostatičko odbijanje je uglavnom zbog naboja protivjona u difuznom sloju. Ako se čestice koje se brzo kreću jedna s drugom sudaraju, onda se protujoni difuznog sloja, koji su relativno slabo vezani za čestice, mogu pomjeriti, i kao rezultat toga granule dolaze u kontakt. U ovom slučaju, elektrokinetički potencijal igra glavnu ulogu u odbojnim silama. Naime, ako njegova vrijednost prelazi 70–80 mV, tada čestice koje se sudaraju kao rezultat Brownovog kretanja neće moći savladati elektrostatičku barijeru, a nakon sudara će se raspršiti i neće doći do agregacije. Uloga površinske napetosti kao faktora termodinamičke stabilnosti razmatrana je u prvom poglavlju.

Faktor adsorpcije-solvatacije povezana s hidratacijom (solvatacijom) i samih čestica dispergirane faze i iona ili nenabijenih molekula surfaktanta adsorbiranih na njihovoj površini. Hidratacione ljuske i adsorpcijski slojevi povezani su sa površinom čestica silama prianjanja. Stoga, za direktan kontakt agregata, čestice koje se sudaraju moraju imati energiju neophodnu ne samo da savladaju elektrostatičku barijeru, već i da prevaziđu rad adhezije.

Entropijski faktor sastoji se u težnji dispergirane faze da kao rezultat difuzije ravnomjerno raspoređuje čestice dispergirane faze po volumenu sistema. Ovaj faktor se manifestuje uglavnom u ultramikroheterogenim sistemima, čije čestice učestvuju u intenzivnom Brownovom kretanju.

Na kinetičke faktore stabilnost uključuju strukturno-mehaničke i hidrodinamičke faktore.

Strukturno-mehanički faktor To je zbog činjenice da hidratacijske (solvatne) ljuske koje postoje na površini čestica imaju povećanu viskoznost i elastičnost. To stvara dodatnu silu odbijanja kada se čestice sudaraju – tzv razdvajajući pritisak. Elastičnost samih adsorpcionih slojeva takođe doprinosi razdvajanju pritiska. Doktrinu razdvajanja pritiska razvio je B.V. Deryagin (1935).

Hidrodinamički faktor povezana sa viskozitetom disperzijskog medija. Smanjuje brzinu razaranja sistema usporavanjem kretanja čestica u mediju visokog viskoziteta. Ovaj faktor je najmanje izražen u sistemima sa gasovitim medijumom, a njegova najveća manifestacija se primećuje u sistemima sa čvrstim medijumom, gde su čestice dispergovane faze uglavnom lišene pokretljivosti.

U realnim uslovima, stabilnost dispergovanih sistema obično obezbeđuje više faktora istovremeno. Najveća stabilnost se uočava pod kombinovanim delovanjem termodinamičkih i kinetičkih faktora.

Svaki faktor otpornosti ima specifičnu metodu za njegovu neutralizaciju. Na primjer, učinak strukturno-mehaničkog faktora može se ukloniti upotrebom tvari koje ukapljuju i otapaju elastične strukturirane slojeve na površini čestica. Solvatacija se može smanjiti ili potpuno eliminisati liofobizacijom čestica dispergovane faze tokom adsorpcije odgovarajućih supstanci. Efekat elektrostatičkog faktora je značajno smanjen kada se elektroliti uvode u sistem, kompresujući DES. Ovaj posljednji slučaj je najvažniji kako za stabilizaciju tako i za uništavanje dispergiranih sistema.

Na osnovu Platonovih otkrića, sovjetski naučnik, akademik P. A. Rebinder, zajedno sa svojim studentima, predložio je i detaljno proučavao strukturno-mehaničku teoriju stabilnosti pjene. Prema ovoj teoriji, stabilnost adsorpcijskih slojeva (uključujući i pjene) određena je i površinskim silama i mehaničkim svojstvima pjenastih filmova. Ako se ova svojstva na bilo koji način poboljšaju, stabilnost pjene će se povećati (ponekad i višestruko).

Upravo obezbjeđivanje strukturno-mehaničkog faktora stabilnosti može dati najveću stabilnost pjeni. Na primjer, sva proteinska sredstva za pjenjenje, zbog posebne trodimenzionalne strukture proteinskih surfaktanata, formiraju pokretne, ali vrlo jake adsorpcione slojeve koji formiraju pjenaste filmove. Zbog visoke stabilnosti pjene, može izdržati značajne mehaničke utjecaje izvana - na primjer, prilikom miješanja s cementnim malterom. Na osnovu ove činjenice tradicionalna metoda Proizvodnja pjenastog betona: unaprijed pripremljena pjena u posebnom generatoru pjene miješa se s cementno-pješčanim malterom u mikseru male brzine.

Prelazak sa razmatranja dvokomponentnih (otapalo + surfaktant) sastava na prave višekomponentne (pjenasto-cementne mješavine) omogućava, uzimajući u obzir strukturne i mehaničke faktore, da se objasni fenomen izuzetno visoke stabilnosti nekih vrsta pjena, posebno , one pripremljene od mješavine smole i masnih kiselina (sredstvo za pjenjenje SDO).

Ovo sredstvo za pjenjenje sastoji se od mješavine saponificirane smole i masnih kiselina. Uvođenje stabilizatora, kreča, u njegov sastav pokreće reakcije zamjene-supstitucije za kalcij. Sapuni od smole pretvaraju se u kalcijeve sapune, koji imaju veću površinsku aktivnost. Poput natrijum-masnih kiselina, gube sposobnost rastvaranja u vodi.

Kao rezultat ovih procesa formira se voluminozna, jaka i visoko viskozna struktura pjenastih filmova, koja se značajno razlikuje od ostatka otopine. Osim toga, najsitnije čestice kalcijum hidroksida i kalcijum sapuni masnih kiselina sintetizirani u vrijeme stvaranja pjene oklope površinu pjene mehurića i začepljuju plato kanale. Sve zajedno omogućuje dobivanje tako stabilne pjene niske ekspanzije da može izdržati čak i "susret" sa suhim agregatima - cementom i pijeskom (ovakav tip tehnološkog propisa za proizvodnju pjenastog betona naziva se metoda suhe mineralizacije).

Sa stanovišta strukturno-mehaničkog faktora stabilnosti, postaje moguće objasniti činjenicu da neka sredstva za pjenjenje, posebno ona na bazi saponina, daju za red veličine veću stabilnost pjene koja se od njih dobije ako ne svježe pripremljena, već koriste se ostarjela rješenja. Kao rezultat hidrolize tokom skladištenja, aktivnije komponente se spontano akumuliraju u otopini sredstva za pjenjenje, sposobne da formiraju visoko viskozne adsorpcijske slojeve prostorne strukture.

Blok pjene jedan je od materijala koji se često koristi u izgradnji kuća. Ima mnogo prednosti: mala težina, pogodne dimenzije i niska cijena. Istovremeno, zgrade od pjenastih blokova...

Sastav ovisi o mjestu gdje se koriste blokovi pjene, uzimajući u obzir klimatske uvjete područja. Glavni elementi u sastavu (koji moraju biti u skladu sa GOST-om) su cement, pijesak, voda i aditivi za pjenu. U potrazi za profitom mogu...

Blokovi pjene danas su vrlo popularni građevinski materijali za izgradnju modernih objekata i zgrada. Izrađuju se od cementne mješavine u koju se dodaje pijesak sa sredstvom za pjenjenje i vodom. U nekim varijantama u…

Kandidat hemijskih nauka, vanredni profesor

Tema 2. Osobine disperznih sistema,

njihovu stabilnost i koagulaciju

Lekcija 2. Stabilnost disperznih sistema

Predavanja

Saratov – 2010

Ako se talog AgCl dobije u višku od AgNO3, koloidna micela će imati drugačiju strukturu. Ioni Ag+ koji određuju potencijal će se adsorbirati na agregatu AgCl, a ioni NO3– će biti protujoni.

Za barij sulfat nerastvorljiv u vodi (koji se dobija u višku BaCl2), struktura koloidne čestice može se predstaviti formulom:

BaCl2(g) + NaSO4® BaSO4(čvrsta) + 2NaCl

U električnom polju, pozitivno nabijena granula će se kretati prema negativno nabijenoj katodi.

2. FIZIČKA TEORIJA STABILNOSTI I KOAGULACIJE

Koloidna stabilnost – sposobnost dispergovanog sistema da zadrži svoj sastav nepromenjenim (koncentracija dispergovane faze i raspodela veličine čestica), kao i izgled: boja, transparentnost, „ujednačenost“.

Treba istaći da postoji oštra razlika u stabilnosti između dvije klase koloida: liofilni I liofobni . Liofilni koloidi imaju visok afinitet za disperzioni medij, oni se spontano raspršuju i formiraju termodinamički stabilne koloidnih rastvora. Liofobni koloidi imaju mnogo manji afinitet prema rastvaraču, njihove disperzije su termodinamički nestabilne i karakteriziraju ih visoka površinska napetost na granici. Proučavat ćemo stabilnost i koagulaciju liofobnih sola.

Koloidna stabilnost se konvencionalno klasifikuje na sedimentacija (kinetički) i agregativan .

Stabilnost sedimentacije određeno sposobnošću sistema da se odupre taloženju čestica. Sedimentacija, odnosno taloženje čestica, dovodi do uništenja dispergovanog sistema. Razmatra se disperzni sistem otporan na sedimentaciju , ako se njegove dispergovane čestice ne talože, sistem se ne razdvaja na faze, odnosno nalazi se u stabilnoj difuziono-sedimentacionoj ravnoteži.

Stabilnost sedimentacije prvenstveno ovisi o veličini čestica dispergirane faze. Ako je njihova veličina manja od 1000 nm, tada sistem obično ima visoku sedimentacionu stabilnost. U slučaju većih čestica, sistem je nestabilan, odnosno raslojava se tokom vremena, a čestice dispergirane faze ili isplivaju ili formiraju sediment.

Agregatna stabilnost određena je sposobnošću dispergovanog sistema da se odupre prijanjanju čestica, odnosno da zadrži veličinu čestica dispergovane faze nepromenjenom. Ali zbog želje sistema da se „oslobode“ slobodne energije (u u ovom slučaju– od površinske energije), čestice dispergirane faze su sklone uvećanju njihovim spajanjem ili prekristalizacijom.

Ispod koagulacija razumjeti gubitak agregativne stabilnosti disperznog sistema, koji se sastoji u adheziji i fuziji čestica.

Ako su veličine čestica dispergirane faze konstantne i ne mijenjaju se tokom vremena, koloidni disperzni sistemi mogu održavati stabilnost sedimentacije neograničeno. Grubljenje čestica u disperznom sistemu (gubitak stabilnosti agregacije) dovodi do narušavanja stabilnosti sedimentacije i sedimentacije.

Kvantitativni odnosi koji karakterišu stabilnost liofobnih sola u zadovoljavajućem slaganju sa eksperimentom dobijeni su na osnovu fizička teorija stabilnost i koagulacija.

Fizička teorija stabilnosti i koagulacije (DPST)

U svom najopštijem obliku, ovu teoriju razvili su sovjetski naučnici 2010. godine, a nešto kasnije, nezavisno od njih, holandski naučnici Verwey i Overbeck. Prema prvim slovima ovih prezimena teorija naučnika naziva DLFO teorija.

Osnova teorije stabilnosti koloidnih sistema mora postojati odnos između sila privlačenja i odbijanja čestica. DLVO teorija uzima u obzir elektrostatičko odbijanje između čestica i međumolekularno privlačenje.

Elektrostatičko odbijanje između slično nabijenih čestica javlja se kada se one dovoljno približe jedna drugoj, njihovi dvostruki električni slojevi se preklapaju i odbijaju.

a) nema odbijanja b) čestice se odbijaju

(DES se ne preklapaju) (DES se preklapaju)

Kao rezultat prilično složenih proračuna (koje izostavljamo) dobijaju se izrazi za energiju elektrostatičkog odbijanja čestica. U skladu s ovim izrazom, energija odbijanja čestica raste sa smanjenjem udaljenosti između njih prema eksponencijalnom zakonu

gdje je Ue energija odbijanja;

c je potencijal na površini čestice;

h – udaljenost između čestica.

Druga vrsta sile koja utiče na stabilnost sola je sila privlačenja između čestica. One su iste prirode kao i sile koje djeluju između neutralnih molekula. Van der Waals je objasnio svojstva stvarnih gasova i tečnosti postojanjem ovih sila. Pojava međumolekularnih sila je posljedica interakcije dipola (Keesonov efekat), polarizacije jedne molekule drugom (Debye efekt) i Londonskih disperzijskih sila, koje su povezane s prisustvom trenutnih dipola u neutralnim atomima i molekulama.

Najuniverzalnija komponenta molekularnih sila privlačenja je komponenta disperzije. Proračuni koje je izvršio Hamaker doveli su do sljedećeg izraza za energiju molekularne privlačnosti (za paralelne ploče koje se nalaze na malim udaljenostima jedna od druge).

Rice. 2. Krive potencijala

Oblik krivulja ukupne energije interakcije čestica zavisi od potencijala na njihovoj površini, od vrijednosti Hamakerove konstante, od veličine čestica i njihovog oblika. Stoga se u zavisnosti od svih ovih faktora razlikuju tri najkarakterističnija tipa potencijalnih krivulja, koje odgovaraju određenim stanjima agregativne stabilnosti (slika 3).

Rice. 3. Krive potencijala za disperzne sisteme

sa različitom agregatnom stabilnošću

Kriva 1 odgovara stanju sistema u kojem, na bilo kojoj udaljenosti između čestica, privlačna energija prevladava nad

energija odbijanja. Sistem je nestabilan i brzo koagulira.

Kriva 2 ukazuje na prisustvo prilično visoke potencijalne barijere i sekundarnog minimuma. U ovom slučaju lako se formiraju flokule u kojima su čestice odvojene slojevima medija. Ovo se dešava na sekundarnom minimumu. Ovo stanje odgovara reverzibilnosti koagulacije. Pod određenim uslovima potencijalna barijera se može prevazići i dolazi do nepovratne koagulacije u primarnom minimumu.

Kriva 3 odgovara stanju sistema sa visokom potencijalnom barijerom u odsustvu drugog minimuma. Takvi sistemi imaju veliku stabilnost agregata.

3. OSNOVNE PRAVILNOSTI KOAGULACIJE POD

DJELOVANJE ELEKTROLITA

Uzrok koagulacije može biti djelovanje topline i hladnoće, elektromagnetnih polja, tvrdog zračenja, mehaničkih utjecaja i hemijskih agenasa.

Najčešći uzrok koagulacije je djelovanje elektrolita.

Elektroliti mijenjaju strukturu EDL-a, smanjujući zeta potencijal (bilo zbog adsorpcije jona elektrolita na čestice, bilo zbog kompresije difuznog dijela EDL-a), što dovodi do smanjenja elektrostatičkog odbijanja između čestica. Prema teoriji DLVO, kao rezultat toga, čestice se mogu približiti jedna drugoj na udaljenostima na kojima prevladavaju privlačne sile, što može uzrokovati njihovo lijepljenje i koagulaciju.

Prag koagulacije (označeno sa Ck, g) je minimalna koncentracija elektrolita koja uzrokuje određeni vidljivi efekat koagulacije (promjena boje, zamućenje, pojava sedimenta) u određenom vremenskom periodu. Prag koagulacije se utvrđuje ili vizuelno posmatranjem promena u dispergovanom sistemu kada se u njega unose rastvori elektrolita različitih koncentracija, ili se promene beleže odgovarajućim instrumentima, najčešće merenjem optičke gustine ili zamućenosti sistema.

Koagulacija se povinuje određena pravila. Pogledajmo ih.

Pravila koagulacije

– Koagulaciju izazivaju bilo koji elektroliti, ako je njihova koncentracija

u sistemu će premašiti određeni minimum koji se naziva prag koagulacije. Razlog je kompresija dizel motora. Prag koagulacije je različit za različite elektrolite i različite disperzne sisteme.

– Koagulacijski učinak ima samo ion elektrolita čiji je naboj suprotan naboju koloidne čestice, a njegova koagulaciona sposobnost je izraženija što je veća valencija protujona. Ovaj obrazac se naziva Schulze-Hardyjevo pravilo. U skladu sa ovim pravilom, odnos pragova koagulacije je jedan-; bi- i trovalentni kontrajoni izgleda ovako:

Na primjer, za sol arsen sulfida As2S3, čije čestice imaju negativan naboj, pragovi koagulacije različitih elektrolita imaju sljedeće vrijednosti: LiCl – 58 mmol/l; MgCl2 – 0,71 mmol/l, AlCl3 – 0,043 mmol/l.

U nizu organskih jona, efekat koagulacije se povećava sa povećanjem kapaciteta adsorpcije, a samim tim i sa neutralizacijom naelektrisanja.

– U nizu anorganskih jona sa istim nabojem, njihova koagulaciona aktivnost raste sa smanjenjem njihove hidratacije (ili sa povećanjem radijusa). Na primjer, u nizu monovalentnih kationa i anjona, koagulacijska aktivnost i hidratacija se mijenjaju na sljedeći način:

Aluminijum" href="/text/category/alyuminij/" rel="bookmark">aluminijum, silicijum, gvožđe).

3. Entropijski faktor , kao i prva dva, oni su termodinamički. Djeluje u sistemima u kojima su čestice ili njihove površinske sile uključene u toplinsko kretanje. Njegova suština je u težnji dispergovane faze da se ravnomerno rasporedi po zapremini sistema, a to smanjuje verovatnoću sudaranja i lepljenja čestica.

Entropijska repulzija se može objasniti na osnovu direktne interakcije čestica sa površinskih slojeva, u kojima se nalaze pokretni protujoni ili dugi i fleksibilni radikali tenzida (surfaktanata) i jedinjenja visoke molekularne težine(Navy). Takvi radikali imaju mnogo konformacija. Približavanje čestica dovodi do smanjenja stepena slobode ili konformacija, a to dovodi do smanjenja entropije, a samim tim i do povećanja slobodne površinske energije, što je termodinamički nepovoljan proces. Dakle, ovaj faktor doprinosi odbijanju čestica.

4. Strukturno-mehanički faktor je kinetička. Njegov učinak je zbog činjenice da na površini čestica postoje filmovi koji imaju elastičnost, za čije uništavanje je potrebna energija i vrijeme. Obično se takav film dobiva uvođenjem stabilizatora u sistem - surfaktanata i spirale (koloidna zaštita). Površinski slojevi dobivaju visoke karakteristike čvrstoće zbog preplitanja mornarskih lanaca i dugolančanih tenzida, a ponekad i kao rezultat polimerizacije.

Djelovanje strukturno-mehaničkih i drugih faktora očituje se u takvoj pojavi kao što je koloidna zaštita

Koloidna zaštita naziva se povećanjem stabilnosti koloidnih sistema zbog formiranja adsorpcionog sloja na površini čestica kada se određene visokomolekularne supstance uvode u sol .

Supstance koje mogu da pruže koloidnu zaštitu su proteini, ugljeni hidrati, pektini, a za sisteme sa nevodenim disperzionim medijumom - guma. Zaštitne supstance se adsorbuju na površini dispergovanih čestica, što pomaže u smanjenju površinske energije sistema. To dovodi do povećanja njegove termodinamičke stabilnosti i osigurava koloidnu stabilnost. Takvi sistemi su toliko stabilni da stiču sposobnost spontanog formiranja. Na primjer, instant kafa je fino mljevena kafa u prahu tretirana surfaktantima za hranu.

Za procjenu stabilizacijskog efekta razne supstance uvedene su uslovne karakteristike: „zlatni broj“, „broj rubina“ itd.

Zlatni broj je minimalna masa (u mg) stabilizirajuće supstance koja može zaštititi 10 ml hidrosola crvenog zlata (spriječiti promjenu boje) od koagulacionog efekta 1 cm3 10% otopine natrijum hlorida.

Rubin broj je minimalna masa (u mg) stabilizirajuće tvari koja je sposobna zaštititi 10 cm3 otopine kongo crvene boje (kongo rubin) masene koncentracije od 0,1 kg/m3 od koagulacijskog učinka 1 cm3 10% rastvor natrijum hlorida.

Na primjer, zlatni broj krumpirovog škroba je 20. To znači da 20 mg škroba, kada se unese u zlatni sol, sprječava koagulaciju sola kada se u sol doda koagulirajući elektrolit - 1 cm3 10% natrijuma rastvor hlorida. Bez dodatka stabilizirajuće tvari – škroba, sol zlata u takvim uvjetima se zgrušava (uništava) trenutno.

U tabeli 1 prikazani su najčešći brojevi za neke zaštitne supstance.

Zaštitni efekat je od velikog industrijskog značaja. Uzima se u obzir u proizvodnji lijekova, prehrambenih proizvoda, tehničkih emulzija, katalizatora itd.

Tabela 1. Vrijednosti najčešćih brojeva za neke zaštitne tvari

Zaštitna supstanca	Zlatni broj	Rubin broj
Hemoglobin
Dekstrin
Krompirov skrob
Natrijum kazeinat

ZAKLJUČAK

Na današnjem predavanju ispitali smo strukturu čestica dispergovane faze i glavne faktore koji utiču na stabilnost i destrukciju dispergovanih sistema. Ovi faktori se moraju uzeti u obzir pri dobijanju stabilnih koloidnih sistema, kao što su emulzije, aerosoli, suspenzije, kao i pri uništavanju „štetnih“ disperznih sistema nastalih tokom industrijske proizvodnje.

Vanredni profesor Katedre za fizičko vaspitanje

Ovaj odjeljak govori o pojavama i procesima uzrokovanim agregatnu stabilnost disperzovanih sistema.

Prije svega, napominjemo da se svi disperzni sistemi, u zavisnosti od mehanizma njihovog formiranja, prema klasifikaciji P.A. Rebindera dijele na liofilni, koji se dobijaju spontanom disperzijom jedne od faza (spontano formiranje heterogenog slobodno dispergovanog sistema), i liofobni, koji nastaju kao rezultat disperzije i kondenzacije (prisilno formiranje heterogenog slobodno-disperznog sistema).

Liofobni sistemi, po definiciji, moraju imati višak površinske energije, osim ako se to ne nadoknađuje uvođenjem stabilizatora. Stoga se u njima spontano javljaju procesi uvećanja čestica, tj. Dolazi do smanjenja površinske energije zbog smanjenja specifične površine. Takvi sistemi se nazivaju agregatno nestabilan.

Povećanje čestica može se dogoditi na različite načine. Jedan od njih, zvao izotermna destilacija , sastoji se u prijenosu materije sa malih čestica na velike (Kelvinov efekat). Kao rezultat toga, male čestice se postupno otapaju (isparavaju), a velike rastu.

Drugi način, najkarakterističniji i najčešći za dispergovane sisteme, jeste koagulacija (od lat, koagulacija, stvrdnjavanje), koji se sastoji u sljepljivanju čestica.

Koagulacija u razblaženim sistemima takođe dovodi do gubitka stabilnosti sedimentacije i konačno do razdvajanja faza.

Proces fuzije čestica naziva se spajanje .

U koncentriranim sistemima, koagulacija se može manifestirati u formiranju volumetrijske strukture u kojoj je disperzioni medij ravnomjerno raspoređen. U skladu sa dva različita rezultata koagulacije, razlikuju se i metode posmatranja ovog procesa. Povećanje čestica dovodi, na primjer, do povećanja zamućenosti otopine i smanjenja osmotskog tlaka. Formiranje strukture mijenja reološka svojstva sistema, povećava se njegov viskozitet, a protok usporava.

Kao rezultat kondenzacije iz pravog rastvora, može se formirati stabilan slobodno dispergovani sistem, u kojem je disperzovana faza jednoliko raspoređena po celoj zapremini. Gubitak agregativne stabilnosti dovodi do koagulacije, čija se prva faza sastoji u zbližavanju čestica dispergirane faze i njihovom međusobnom fiksiranju na malim udaljenostima jedna od druge. Između čestica ostaje sloj medija.

Obrnuti proces formiranja stabilnog slobodno dispergovanog sistema iz sedimenta ili gela (strukturirani dispergovani sistem) naziva se peptizacija.

Dublji proces koagulacije dovodi do razaranja slojeva medija i direktnog kontakta čestica. Kao rezultat, nastaju ili tvrdi agregati čvrstih čestica, ili se potpuno spajaju u sisteme s tekućim ili plinovitim disperzovana faza(spajanje). U koncentrisanim sistemima formiraju se krute volumetrijske čvrste strukture koje se ponovo mogu pretvoriti u slobodno dispergovani sistem samo putem prisilne disperzije. Dakle, koncept koagulacije uključuje nekoliko procesa koji se javljaju sa smanjenjem specifične površine sistema.

Fig.33. Procesi koji uzrokuju gubitak stabilnosti dispergovanih sistema.

Agregatna stabilnost nestabilizovanih liofobnih disperznih sistema je kinetičke prirode i može se suditi po stopi procesa uzrokovanih viškom površinske energije.

Brzina koagulacije određuje agregatnu stabilnost dispergovanog sistema, koju karakteriše proces adhezije (fuzije) čestica.

Stabilnost agregata može biti i termodinamičke prirode ako disperzni sistem nema višak površinske energije. Liofilni sistemi su termodinamički stabilni u agregaciji; nastaju spontano i proces koagulacije uopšte nije tipičan za njih.

Liofobno stabilizirani sistemi su termodinamički otporni na koagulaciju; mogu se ukloniti iz ovog stanja uz pomoć utjecaja koji dovode do viška površinske energije (kršenje stabilizacije).

U skladu sa navedenom klasifikacijom razlikuju se termodinamički i kinetički faktori agregatne stabilnosti disperznih sistema. Jer pokretačka snaga koagulacija je višak površinske energije, tada će glavni faktori koji osiguravaju stabilnost dispergovanih sistema (uz održavanje veličine površine) biti oni koji smanjuju površinsku napetost. Ovi faktori se klasifikuju kao termodinamički. Oni smanjuju vjerovatnoću efektivnih sudara između čestica i stvaraju potencijalne barijere koje usporavaju ili čak eliminišu proces koagulacije. Što je površinski napon manji, to je sistem bliži termodinamički stabilnom.

Brzina koagulacije, osim toga, ovisi o kinetičkim faktorima.

Kinetički faktori koji smanjuju brzinu koagulacije uglavnom su povezani s hidrodinamičkim svojstvima medija: usporavanjem približavanja čestica, curenjem i uništavanjem slojeva medija između njih.

Razlikuju se termodinamički i kinetički faktori stabilnosti dispergovanih sistema.

1.Elektrostatički faktor sastoji se u smanjenju međufazne napetosti zbog stvaranja dvostrukog električnog sloja na površini čestica, kao i u Kulonovom odbijanju koje se javlja kada se one međusobno približavaju.

Dvostruki električni sloj (EDL) nastaje adsorpcijom ionskih (disocijacijskih na ione) tenzida. Adsorpcija jonskog surfaktanta može se desiti na granici dve tečnosti koje se ne mešaju, na primer vode i benzena. Polarna grupa molekula surfaktanta okrenuta prema vodi se disocira, dajući površini benzenske faze naboj koji odgovara organskom dijelu molekula surfaktanta (joni koji određuju potencijal). Protuioni (anorganski ioni) formiraju dvostruki sloj na strani vodene faze, jer s njom jače djeluju.

Postoje i drugi mehanizmi za formiranje električnog dvostrukog sloja. Na primjer, DES se formira na granici između vode i slabo rastvorljivog srebrnog jodida. Ako u vodu dodate visoko rastvorljivi srebrni nitrat, tada ioni srebra nastali kao rezultat disocijacije mogu završiti kristalna rešetka AgI, jer oni su dio toga (specifična adsorpcija jona srebra). Kao rezultat, površina soli postaje pozitivno nabijena (višak kationa srebra), a jodidni ioni će djelovati kao protujoni.

Treba spomenuti i mogućnost formiranja električnog dvostrukog sloja kao rezultat prijelaza jona ili elektrona iz jedne faze u drugu (površinska ionizacija).

EDL nastao kao rezultat gore opisanih procesa prostornog razdvajanja naelektrisanja ima difuzni (difuzni) karakter, što je posljedica istovremenog utjecaja na njegovu strukturu elektrostatičkih (Coulomb) i van der Waalsovih interakcija, kao i termičkih kretanje jona i molekula.

Takozvane elektrokinetičke pojave (elektroforeza, elektroosmoza, itd.) uzrokovane su prisustvom dvostrukog električnog sloja na međufaznoj granici.

2. Faktor adsorpcije-solvatacije sastoji se u smanjenju međufaza

napetost pri uvođenju surfaktanata (zbog adsorpcije i solvatacije).

3. Entropijski faktor, kao i prva dva, termodinamički je. On dopunjuje prva dva faktora i djeluje u sistemima u kojima čestice učestvuju u toplinskom kretanju. Entropijsko odbijanje čestica može se predstaviti kao prisustvo stalne difuzije čestica iz oblasti sa veća koncentracija na područje sa nižom koncentracijom, tj. sistem konstantno nastoji da izjednači koncentraciju dispergovane faze u celoj zapremini.

4. Strukturno-mehanički faktor je kinetička. Njegov učinak je zbog činjenice da se na površini čestica mogu formirati filmovi elastičnosti i mehaničke čvrstoće, za čije uništavanje je potrebna energija i vrijeme.

5. Hidrodinamički faktor smanjuje brzinu koagulacije zbog promjena u viskoznosti i gustoći disperzijskog medija u tankim slojevima tekućine između čestica dispergirane faze.

Tipično, agregatnu stabilnost osigurava nekoliko faktora istovremeno. Posebno visoka stabilnost se uočava pod kombinovanim djelovanjem termodinamičkih i kinetičkih faktora.

Strukturno-mehanička barijera, koju je prvi razmatrao P.A. Rebinder, snažan je faktor stabilizacije povezan s formiranjem adsorpcionih slojeva na sučeljima koji liofiliziraju površinu. Struktura i mehanička svojstva takvih slojeva mogu osigurati vrlo visoku stabilnost međuslojeva disperzijskog medija između čestica dispergirane faze.

Strukturno-mehanička barijera nastaje tokom adsorpcije molekula surfaktanta koji su sposobni da formiraju strukturirani sloj nalik gelu na interfejsu, iako možda nemaju visoku površinsku aktivnost prema ovoj granici faze. Takve tvari uključuju smole, derivate celuloze, proteine ​​i druge takozvane zaštitne koloide, koji su visokomolekularne tvari.