Există factori de stabilitate termodinamică și cinetică,

LA factori termodinamici includ factorii electrostatici, de adsorbție-solvație și de entropie.

Factorul electrostatic se datorează existenței unui strat dublu electric dispersat pe suprafața particulelor. Principalele componente ale factorului electrostatic sunt încărcarea granulelor tuturor particulelor coloidale, valoarea potențialului electrocinetic, precum și o scădere a tensiunii superficiale interfaciale datorită adsorbției electroliților (mai ales în cazurile în care electroliții sunt surfactanți ionici). ).

Sarcina electrică identică a granulelor duce la respingerea reciprocă a particulelor coloidale care se apropie. Mai mult, la distanțe care depășesc diametrul micelilor, repulsia electrostatică este cauzată în principal de încărcarea contraionilor din stratul difuz. Dacă particulele care se mișcă rapid se ciocnesc între ele, atunci contraionii stratului difuz, fiind relativ slab legați de particule, se pot mișca și, ca urmare, granulele intră în contact. În același timp rol principal Potențialul electrocinetic joacă un rol în forțele de respingere. Și anume, dacă valoarea sa depășește 70-80 mV, atunci particulele care se ciocnesc între ele ca urmare a mișcării browniene nu vor putea depăși bariera electrostatică și, după ce s-au ciocnit, se vor dispersa și nu va avea loc agregarea. Rolul tensiunii superficiale ca factor de stabilitate termodinamică a fost discutat în Capitolul 1.

Factorul de adsorbție-solvație asociat cu hidratarea (solvatarea) atât a particulelor de fază dispersată, cât și a ionilor sau a moleculelor de surfactant neîncărcate adsorbite pe suprafața lor. Învelișurile de hidratare și straturile de adsorbție sunt conectate la suprafața particulelor prin forțe de adeziune. Prin urmare, pentru contactul direct al agregatelor, particulele care se ciocnesc trebuie să aibă energia necesară nu numai pentru a depăși bariera electrostatică, ci și pentru a depăși munca de aderență.

Factorul de entropie constă în tendința fazei dispersate de a distribui uniform particulele fazei dispersate pe tot volumul sistemului ca urmare a difuziei. Acest factor se manifestă în principal în sisteme ultramicroeterogene, ale căror particule participă la intensiv Mișcarea browniană.

La factori cinetici stabilitatea includ factori structural-mecanici și hidrodinamici.

Factorul structural-mecanic Acest lucru se datorează faptului că învelișurile de hidratare (solvat) existente pe suprafața particulelor au vâscozitate și elasticitate crescute. Acest lucru creează o forță de respingere suplimentară atunci când particulele se ciocnesc - așa-numita presiune de disjungere. Elasticitatea straturilor de adsorbție în sine contribuie, de asemenea, la presiunea de separare. Doctrina presiunii disjoining a fost dezvoltată de B.V. Deryagin (1935).

Factorul hidrodinamic asociate cu vâscozitatea mediului de dispersie. Reduce rata de distrugere a sistemului prin încetinirea mișcării particulelor într-un mediu cu vâscozitate ridicată. Acest factor este cel mai puțin pronunțat în sistemele cu mediu gazos, iar cea mai mare manifestare a sa se observă în sistemele cu mediu solid, unde particulele din faza dispersată sunt în general lipsite de mobilitate.

Stabilitate în viața reală sisteme dispersate furnizate de obicei de mai mulți factori simultan. Cea mai mare stabilitate se observă sub acțiunea combinată a factorilor termodinamici și cinetici.

Fiecare factor de sustenabilitate corespunde metoda specifica neutralizarea acestuia. De exemplu, efectul factorului structural-mecanic poate fi eliminat folosind substanțe care lichefiază și dizolvă straturile structurate elastice de pe suprafața particulelor. Solvația poate fi redusă sau complet eliminată prin liofobizarea particulelor din faza dispersată în timpul adsorbției substanțelor corespunzătoare. Efectul factorului electrostatic este redus semnificativ atunci când electroliții sunt introduși în sistem, comprimând DES. Acest ultim caz este cel mai important atât în ​​stabilizarea, cât și în distrugerea sistemelor dispersate.

Coagulare

După cum sa menționat mai sus, coagularea se bazează pe o încălcare a stabilității agregative a sistemului, ceea ce duce la lipirea particulelor din faza dispersată în timpul ciocnirilor lor. Extern, coagularea soluțiilor coloidale se manifestă sub formă de turbiditate, uneori însoțită de o schimbare a culorii, urmată de precipitare.

În agregatele formate în timpul coagulării, particulele primare sunt conectate între ele fie printr-un strat de mediu de dispersie, fie direct. În funcție de aceasta, agregatele pot fi fie libere, ușor peptizate, fie destul de puternice, adesea ireversibile, care sunt peptizate cu dificultate sau deloc. În sistemele cu un mediu de dispersie lichid, în special cu o concentrație mare de particule din faza dispersată, precipitarea agregatelor rezultate este adesea însoțită de formarea structurii - formarea unui coagel sau gel care acoperă întregul volum al sistemului.

Prima etapă de coagulare a solului când stabilitatea acestuia este încălcată este coagulare ascunsă, care constă în combinarea doar a unui număr mic de particule. Coagularea ascunsă nu este de obicei vizibilă cu ochiul liber și poate fi observată numai cu o examinare specială, de exemplu, folosind un ultramicroscop. Urmează coagularea latentă explicit, atunci când un număr atât de semnificativ de particule se combină, încât aceasta duce la o schimbare clar vizibilă a culorii, încețoșarea solului și pierderea unui precipitat liber din acesta ( coagulează). Coagulatele care apar ca urmare a pierderii stabilității agregative sunt formațiuni de decantare (sau plutitoare) de diferite structuri - dense, coagulate, floculente, fibroase, asemănătoare cristalului. Structura și rezistența coagulatelor este determinată în mare măsură de gradul de solvatare (hidratare) și de prezența substanțelor adsorbite de diferite naturi, inclusiv agenți tensioactivi, pe particule.

P. A. Rebinder a studiat în detaliu comportamentul solurilor în timpul coagulării cu factorii de protecție neînlăturați complet și a arătat că în astfel de cazuri se observă formarea structurii de coagulare, ducând la apariția unor sisteme asemănătoare gelului (a căror structură va fi discutată în capitolul 11). .

Procesul invers de coagulare se numește peptizare (vezi secțiunea 4.2.3). În sistemele ultramicroeterogene, în care energia mișcării browniene este proporțională cu energia de legare a particulelor din agregate (flocule), se poate stabili un echilibru dinamic între coagulare și peptizare. Trebuie să îndeplinească condiția

½ zE = kT ln( V s/ V La),

Unde z – numărul de coordonare al unei particule din structura spațială a coagulatului (cu alte cuvinte, numărul de contacte ale unei particule din agregatul rezultat cu alte particule incluse în acesta); E - energie de legare între particulele în contact, k – constanta Boltzmann, T – temperatura absolută, V h – volumul pe particulă într-o soluție coloidală după formarea unui coagulat (dacă concentrația particulelor este egală cu n particule/m3, atunci V z = 1/ n ,), V k este volumul efectiv pe particulă din interiorul structurii de coagulare (sau volumul în care fluctuează în raport cu poziția de echilibru).

În sistemele dispersate liofobe după coagulare, concentrația de particule în cenușa de echilibru este de obicei neglijabilă în comparație cu concentrația lor. Prin urmare, în conformitate cu ecuația de mai sus, coagularea este, de regulă, ireversibilă. În sistemele liofile, energiile de legare între particule sunt mici și, prin urmare

½ zE < kT ln( V s/ V La),

adică coagularea este fie imposibilă, fie în grad înalt reversibil.

Motivele care cauzează coagularea pot fi foarte diferite. Acestea includ influențe mecanice (agitare, vibrații, scuturare), influențe ale temperaturii (încălzire, fierbere, răcire, înghețare) și altele, adesea greu de explicat și imprevizibile.

Dar cea mai importantă din punct de vedere practic și în același timp cea mai bine studiată este coagularea sub influența electroliților sau coagularea electroliților.

Există factori de stabilitate termodinamică și cinetică,

LA factori termodinamici includ factorii electrostatici, de adsorbție-solvație și de entropie.

Factorul electrostatic se datorează existenței unui strat dublu electric dispersat pe suprafața particulelor. Principalele componente ale factorului electrostatic sunt încărcarea granulelor tuturor particulelor coloidale, valoarea potențialului electrocinetic, precum și o scădere a tensiunii superficiale interfaciale datorită adsorbției electroliților (mai ales în cazurile în care electroliții sunt surfactanți ionici). ).

Sarcina electrică identică a granulelor duce la respingerea reciprocă a particulelor coloidale care se apropie. Mai mult, la distanțe care depășesc diametrul micelilor, repulsia electrostatică este cauzată în principal de încărcarea contraionilor din stratul difuz. Dacă particulele care se mișcă rapid se ciocnesc între ele, atunci contraionii stratului difuz, fiind relativ slab legați de particule, se pot mișca și, ca urmare, granulele intră în contact. În acest caz, potențialul electrocinetic joacă rolul principal în forțele de respingere. Și anume, dacă valoarea sa depășește 70-80 mV, atunci particulele care se ciocnesc între ele ca urmare a mișcării browniene nu vor putea depăși bariera electrostatică și, după ce s-au ciocnit, se vor dispersa și nu va avea loc agregarea. Rolul tensiunii superficiale ca factor de stabilitate termodinamică a fost discutat în Capitolul 1.

Factorul de adsorbție-solvație asociat cu hidratarea (solvatarea) atât a particulelor de fază dispersată, cât și a ionilor sau a moleculelor de surfactant neîncărcate adsorbite pe suprafața lor. Învelișurile de hidratare și straturile de adsorbție sunt conectate la suprafața particulelor prin forțe de adeziune. Prin urmare, pentru contactul direct al agregatelor, particulele care se ciocnesc trebuie să aibă energia necesară nu numai pentru a depăși bariera electrostatică, ci și pentru a depăși munca de aderență.

Factorul de entropie constă în tendința fazei dispersate de a distribui uniform particulele fazei dispersate pe tot volumul sistemului ca urmare a difuziei. Acest factor se manifestă în principal în sisteme ultramicroeterogene, ale căror particule participă la mișcarea browniană intensă.

La factori cinetici stabilitatea includ factori structural-mecanici și hidrodinamici.

Factorul structural-mecanic Acest lucru se datorează faptului că învelișurile de hidratare (solvat) existente pe suprafața particulelor au vâscozitate și elasticitate crescute. Acest lucru creează o forță de respingere suplimentară atunci când particulele se ciocnesc - așa-numita presiune de disjungere. Elasticitatea straturilor de adsorbție în sine contribuie, de asemenea, la presiunea de separare. Doctrina presiunii disjoining a fost dezvoltată de B.V. Deryagin (1935).

Factorul hidrodinamic asociate cu vâscozitatea mediului de dispersie. Reduce rata de distrugere a sistemului prin încetinirea mișcării particulelor într-un mediu cu vâscozitate ridicată. Acest factor este cel mai puțin pronunțat în sistemele cu mediu gazos, iar cea mai mare manifestare a sa se observă în sistemele cu mediu solid, unde particulele din faza dispersată sunt în general lipsite de mobilitate.

În condiții reale, stabilitatea sistemelor dispersate este de obicei asigurată de mai mulți factori simultan. Cea mai mare stabilitate se observă sub acțiunea combinată a factorilor termodinamici și cinetici.

Fiecare factor de rezistență are o metodă specifică de neutralizare. De exemplu, efectul factorului structural-mecanic poate fi eliminat folosind substanțe care lichefiază și dizolvă straturile structurate elastice de pe suprafața particulelor. Solvația poate fi redusă sau complet eliminată prin liofobizarea particulelor din faza dispersată în timpul adsorbției substanțelor corespunzătoare. Efectul factorului electrostatic este redus semnificativ atunci când electroliții sunt introduși în sistem, comprimând DES. Acest ultim caz este cel mai important atât în ​​stabilizarea, cât și în distrugerea sistemelor dispersate.

Pe baza descoperirilor lui Platon, omul de știință sovietic, academicianul P. A. Rebinder, împreună cu studenții săi, au propus și studiat în detaliu teoria structural-mecanică a stabilității spumei. Conform acestei teorii, stabilitatea straturilor de adsorbție (inclusiv a celor din spume) este determinată atât de forțele de suprafață, cât și de proprietățile mecanice ale peliculelor de spumă. Dacă aceste proprietăți sunt îmbunătățite în vreun fel, stabilitatea spumei va crește (uneori de multe ori).

Este asigurarea factorului de stabilitate structural-mecanic care poate da cea mai mare stabilitate spumei. De exemplu, toți agenții de spumare proteică, datorită structurii tridimensionale speciale a agenților tensioactivi proteici, formează straturi de adsorbție mobile, dar foarte puternice, care formează pelicule de spumă. Datorită stabilității ridicate a spumei, aceasta este capabilă să reziste la influențe mecanice semnificative din exterior - de exemplu, atunci când este amestecată cu mortar de ciment. Pe baza acestui fapt metoda traditionala producerea betonului spumos: spuma preparată în prealabil într-un generator special de spumă este amestecată cu mortar de ciment-nisip într-un malaxor cu viteză mică.

Trecerea de la luarea în considerare a compozițiilor bicomponente (solvent + surfactant) la multicomponente reale (amestec de spumă-ciment) permite, ținând cont de factorii structurali și mecanici, să se explice fenomenul de stabilitate extrem de ridicată a unor tipuri de spume, în special , cele preparate dintr-un amestec de rășină și acizi grași (agent de spumă SDO ).

Acest agent de spumare constă dintr-un amestec de rășină saponificată și acizi grași. Introducerea unui stabilizator, varul, în compoziția sa inițiază reacții de schimb-substituție pentru calciu. Săpunurile din rășină se transformă în săpunuri de calciu, care au o activitate de suprafață mai mare. La fel ca acizii grași de sodiu, ei își pierd capacitatea de a se dizolva în apă.

În urma acestor procese, se formează o structură voluminoasă, puternică și foarte vâscoasă a peliculelor de spumă, care diferă semnificativ de restul soluției. În plus, cele mai mici particule de hidroxid de calciu și săpunuri de calciu de acizi grași sintetizate în momentul generării spumei blindează suprafața bulelor de spumă și înfundă canalele Platoului. Toate împreună fac posibilă obținerea unei spume atât de stabile cu expansiune scăzută, încât poate rezista chiar și la o „întâlnire” cu agregate uscate - ciment și nisip (acest tip de reglementare tehnologică pentru producerea betonului spumos se numește metoda de mineralizare uscată).

Din punctul de vedere al factorului de stabilitate structural-mecanic, devine posibil să se explice faptul că unii agenți de spumă, în special cei pe bază de saponine, asigură o stabilitate de ordin de mărime mai mare a spumei obținute din aceștia dacă nu sunt proaspăt preparate, dar se folosesc solutii invechite. Ca rezultat al hidrolizei în timpul depozitării, mai multe componente active se acumulează spontan în soluția de agent de spumă, capabile să formeze straturi de adsorbție foarte vâscoase ale unei structuri spațiale.

Blocul de spumă este unul dintre materialele des folosite în construcția caselor. Are multe avantaje: greutate redusă, dimensiuni convenabile și cost redus. În același timp, clădirile din blocuri de spumă...

Compoziția depinde de locul în care sunt folosite blocurile de spumă, ținând cont de condițiile climatice ale zonei. Elementele principale din compoziție (care trebuie să respecte GOST) sunt cimentul, nisipul, apa și aditivii de spumă. În căutarea profitului, ei pot...

Blocurile de spumă sunt astăzi materiale de construcție foarte populare pentru construcția de structuri și clădiri moderne. Sunt realizate dintr-un amestec de ciment la care se adaugă nisip cu un agent de spumă și apă. În unele variante în...

Candidat la științe chimice, conferențiar

Tema 2. Proprietățile sistemelor disperse,

stabilitatea și coagularea acestora

Lecția 2. Stabilitatea sistemelor disperse

Prelegeri

Saratov – 2010

Dacă precipitatul de AgCl este obținut în exces de AgNO3, atunci micela coloidală va avea o structură diferită. Ionii Ag+ determinanți pot fi adsorbiți pe agregatul AgCl, iar ionii NO3– vor fi contraionii.

Pentru sulfatul de bariu insolubil în apă (obținut în exces de BaCl2), structura unei particule coloidale poate fi reprezentată prin formula:

BaCI2(g) + NaS04® BaS04(solid) + 2NaCI

Într-un câmp electric, o granulă încărcată pozitiv se va deplasa către un catod încărcat negativ.

2. TEORIA FIZICĂ A STABILITĂȚII ȘI A COAGULĂRII

Stabilitate coloidală – capacitatea unui sistem dispers de a-și menține compoziția neschimbată (concentrația fazei dispersate și distribuția mărimii particulelor), precum și aspect: culoare, transparență, „uniformitate”.

Trebuie subliniat că există o diferență puternică de stabilitate între cele două clase de coloizi: liofilă Şi liofob . Coloizii liofili au o mare afinitate pentru mediul de dispersie se dispersează spontan și se formează termodinamic stabil soluții coloidale. Coloizii liofobi au o afinitate mult mai mică pentru solvent, dispersiile lor sunt instabile din punct de vedere termodinamic și se caracterizează prin tensiune superficială ridicată la interfață. Este stabilitatea și coagularea solurilor liofobe pe care le vom studia.

Stabilitatea coloidală este clasificată în mod convențional în sedimentare (cinetic) și agregativ .

Stabilitate la sedimentare determinat de capacitatea sistemului de a rezista depunerii particulelor. Sedimentarea sau depunerea particulelor duce la distrugerea sistemului dispersat. Se ia în considerare sistemul dispersat rezistent la sedimentare , dacă particulele sale dispersate nu se depun, sistemul nu se separă în faze, adică este într-un echilibru stabil de difuzie-sedimentare.

Stabilitatea la sedimentare depinde în primul rând de mărimea particulelor fazei dispersate. Dacă dimensiunea lor este mai mică de 1000 nm, atunci sistemul are de obicei o stabilitate mare la sedimentare. În cazul particulelor mai mari, sistemul este instabil, adică se stratifică în timp, iar particulele din faza dispersată fie plutesc în sus, fie formează un sediment.

Stabilitate agregativă este determinată de capacitatea unui sistem dispers de a rezista la aderența particulelor, adică de a menține dimensiunile particulelor fazei dispersate neschimbate. Dar datorită dorinței sistemelor de a „scăpa” de energia liberă (în în acest caz,– din energia de suprafață), particulele din faza dispersată sunt predispuse la lărgire prin fuziune sau recristalizare.

Sub coagulare înțelege pierderea stabilității agregative a unui sistem dispers, care constă în aderența și fuziunea particulelor.

Dacă dimensiunile particulelor fazei dispersate sunt constante și nu se modifică în timp, atunci sistemele dispersate coloidale pot menține stabilitatea sedimentării pe termen nelimitat. Îngroșarea particulelor într-un sistem dispers (pierderea stabilității agregative) duce la o încălcare a stabilității sedimentării și a sedimentării.

Relațiile cantitative care caracterizează stabilitatea solurilor liofobe în acord satisfăcător cu experimentul au fost obținute pe baza teoria fizică stabilitate și coagulare.

Teoria fizică a stabilității și coagulării (DPST)

În forma sa cea mai generală, această teorie a fost dezvoltată de oamenii de știință sovietici în 2010, iar ceva mai târziu, independent de ei, de oamenii de știință olandezi Verwey și Overbeck. Conform primelor litere ale acestor nume de familie teoria oamenilor de știință numită teoria DLFO.

Baza teoriei stabilității sisteme coloidale trebuie să existe o relație între forțele de atracție și respingerea particulelor. Teoria DLVO ia în considerare repulsia electrostatică dintre particule și atracția intermoleculară.

Repulsia electrostatică între particulele încărcate similar are loc atunci când acestea se apropie suficient una de cealaltă, straturile lor duble electrice se suprapun și se resping.

a) nu există repulsie b) particulele se resping

(DES nu se suprapun) (DES se suprapun)

Ca urmare a unor calcule destul de complexe (pe care le omitem), se obțin expresii pentru energia de repulsie electrostatică a particulelor. În conformitate cu această expresie, energia respingătoare a particulelor crește odată cu scăderea distanței dintre ele, conform legii exponențiale.

unde Ue este energia de repulsie;

c este potențialul de pe suprafața particulei;

h – distanța dintre particule.

Al doilea tip de forță care afectează stabilitatea unui sol este forța de atracție dintre particule. Ele sunt de aceeași natură cu forțele care acționează între molecule neutre. Van der Waals a explicat proprietățile gazelor și lichidelor reale prin existența acestor forțe. Apariția forțelor intermoleculare se datorează interacțiunii dipolilor (efectul Keeson), polarizării unei molecule cu alta (efectul Debye) și forțelor de dispersie London, care sunt asociate cu prezența dipolilor instantanei în atomi și molecule neutre.

Cea mai universală componentă a forțelor moleculare de atracție este componenta de dispersie. Calculele efectuate de Hamaker au condus la următoarea expresie pentru energia de atracție moleculară (pentru plăci paralele situate la distanțe mici unele de altele).

Orez. 2. Curbe de potențial

Forma curbelor energiei totale de interacțiune a particulelor depinde de potențialul de pe suprafața lor, de valoarea constantei Hamaker, de dimensiunea particulelor și de forma lor. Prin urmare, în funcție de toți acești factori, se disting trei tipuri cele mai caracteristice de curbe de potențial, corespunzătoare anumitor stări de stabilitate agregativă (Fig. 3).

Orez. 3. Curbe de potențial pentru sisteme disperse

cu stabilitate agregativă diferită

Curba 1 corespunde unei stări a sistemului în care, la orice distanță dintre particule, energia atractivă prevalează asupra

energia de repulsie. Sistemul este instabil și se coagulează rapid.

Curba 2 indică prezența unei bariere de potențial destul de ridicate și a unui minim secundar. În acest caz, se formează cu ușurință flocurile, în care particulele sunt separate prin straturi de mediu. Acest lucru se întâmplă la minim secundar. Această stare corespunde reversibilității coagulării. În anumite condiții, bariera potențială poate fi depășită și are loc o coagulare ireversibilă în minim primar.

Curba 3 corespunde stării sistemului cu o barieră de potențial mare în absența unui al doilea minim. Astfel de sisteme au o mare stabilitate agregată.

3. REGULĂRI ​​DE BAZĂ ALE COAGULĂRII SUB

ACȚIA ELECTROLIȚILOR

Cauza coagulării poate fi acțiunea căldurii și a frigului, a câmpurilor electromagnetice, a radiațiilor dure, a influențelor mecanice și a agenților chimici.

Cea mai frecventă cauză a coagulării este acțiunea unui electrolit.

Electroliții modifică structura EDL, reducând potențialul zeta (fie datorită adsorbției ionilor electroliți pe particule, fie datorită comprimării părții difuze a EDL), ceea ce duce la scăderea repulsiei electrostatice între particule. Conform teoriei DLVO, ca urmare, particulele se pot apropia una de cealaltă la distanțe la care predomină forțele atractive, ceea ce le poate face să se lipească și să se coaguleze.

Pragul de coagulare (notat cu Ck, g) este concentrația minimă de electrolit care provoacă un anumit efect vizibil de coagulare (schimbarea culorii, turbiditatea, apariția sedimentului) pe o anumită perioadă de timp. Pragul de coagulare se determină fie vizual prin observarea modificărilor din sistemul dispersat atunci când în acesta sunt introduse soluții de electroliți de diferite concentrații, fie modificările sunt înregistrate cu instrumente adecvate, cel mai adesea prin măsurarea densității optice sau a turbidității sistemului.

Coagularea se supune anumite reguli. Să ne uităm la ele.

Reguli de coagulare

– Coagularea este cauzată de orice electroliți, dacă concentrația lor

în sistem va depăşi un anumit minim numit prag de coagulare. Motivul este compresia motorului diesel. Pragul de coagulare este diferit pentru diferiți electroliți și diferite sisteme de dispersie.

– Numai ionul electrolit a cărui sarcină este opusă sarcinii particulei coloidale are efect de coagulare, iar capacitatea sa de coagulare este exprimată mai puternic, cu cât valența contraionului este mai mare. Acest model se numește regula Schulze-Hardy. În conformitate cu această regulă, raportul pragurilor de coagulare este unu-; Contraionii bi și trivalenti arată astfel:

De exemplu, pentru sol de sulfură de arsen As2S3, ale cărui particule au sarcină negativă, pragurile de coagulare ale diverșilor electroliți au următoarele valori: LiCl – 58 mmol/l; MgCl2 – 0,71 mmol/l, AlCl3 – 0,043 mmol/l.

În seria ionilor organici, efectul de coagulare crește odată cu creșterea capacității de adsorbție și deci cu neutralizarea sarcinii.

– Într-o serie de ioni anorganici cu aceeași sarcină, activitatea lor de coagulare crește odată cu scăderea hidratării lor (sau cu creșterea razei). De exemplu, în seria de cationi și anioni monovalenți, activitatea de coagulare și hidratarea se modifică după cum urmează:

Aluminiu" href="/text/category/alyuminij/" rel="bookmark">aluminiu, siliciu, fier).

3. Factorul de entropie , ca și primele două, sunt termodinamice. Funcționează în sisteme în care particulele sau forțele lor de suprafață sunt implicate în mișcarea termică. Esența sa constă în tendința fazei dispersate de a fi distribuită uniform în volumul sistemului, iar acest lucru reduce probabilitatea ca particulele să se ciocnească și să se lipească între ele.

Repulsia entropică poate fi explicată pe baza interacțiunii directe a particulelor cu straturi de suprafață, în care există contraioni mobili sau radicali lungi și flexibili de surfactanți (surfactanți) și compuși cu greutate moleculară mare(Marină). Astfel de radicali au multe conformații. Apropierea particulelor duce la o scădere a gradelor de libertate sau conformațiilor, iar aceasta duce la o scădere a entropiei și, în consecință, la o creștere a energiei de suprafață liberă, care este un proces termodinamic nefavorabil. Astfel, acest factor contribuie la respingerea particulelor.

4. Factorul structural-mecanic este cinetic. Efectul său se datorează faptului că pe suprafața particulelor există filme care au elasticitate, a căror distrugere necesită energie și timp. De obicei, un astfel de film se obține prin introducerea de stabilizatori în sistem - surfactanți și DIU (protecție coloidală). Straturile de suprafață dobândesc caracteristici de rezistență ridicată datorită împleterii lanțurilor marine și a agenților tensioactivi cu lanț lung și, uneori, ca rezultat al polimerizării.

Acţiunea factorilor structural-mecanici şi a altora se manifestă într-un astfel de fenomen ca protectie coloidala

Protecție coloidală se numește o creștere a stabilității sistemelor coloidale datorită formării unui strat de adsorbție pe suprafața particulelor atunci când anumite substanțe cu molecul mare sunt introduse în sol. .

Substanțele capabile să ofere protecție coloidală sunt proteinele, carbohidrații, pectinele, iar pentru sistemele cu un mediu de dispersie neapos - cauciucul. Substanțele de protecție sunt adsorbite pe suprafața particulelor dispersate, ceea ce ajută la reducerea energiei de suprafață a sistemului. Aceasta duce la o creștere a stabilității termodinamice și asigură stabilitatea coloidală. Astfel de sisteme sunt atât de stabile încât dobândesc capacitatea de a se forma spontan. De exemplu, cafeaua instant este pulbere de cafea măcinată fin tratată cu agenți tensioactivi de calitate alimentară.

Pentru a evalua efectul stabilizator diverse substanțe au fost introduse caracteristici condiţionale: „număr de aur”, „număr rubin”, etc.

Număr de aur este masa minimă (în mg) a unei substanțe stabilizatoare care poate proteja 10 ml de hidrosol de aur roșu (previne schimbarea culorii) de efectul de coagulare a 1 cm3 de soluție de clorură de sodiu 10%.

număr rubin este masa minimă (în mg) a unei substanțe stabilizatoare care este capabilă să protejeze 10 cm3 dintr-o soluție de colorant roșu Congo (rubinul Congo) cu o concentrație în masă de 0,1 kg/m3 de efectul de coagulare de 1 cm3 dintr-un 10% soluție de clorură de sodiu.

De exemplu, numărul de aur al amidonului de cartofi este 20. Aceasta înseamnă că 20 mg de amidon, atunci când sunt introduse într-un sol de aur, împiedică coagularea solului atunci când în sol se adaugă un electrolit de coagulare - 1 cm3 de sodiu 10% soluție de clorură. Fără adăugarea unei substanțe stabilizatoare - amidon, solul de aur în astfel de condiții se coagulează (distruge) instantaneu.

Tabelul 1 prezintă cele mai comune numere pentru unele substanțe de protecție.

Efectul protector este de mare importanță industrială. Se ia in considerare la fabricarea medicamentelor, produselor alimentare, emulsiilor tehnice, catalizatorilor etc.

Tabelul 1. Valorile celor mai comune numere pentru unele substanțe de protecție

Substanță protectoare	Număr de aur	număr rubin
Hemoglobină
Dextrină
Amidon de cartofi
Cazeinat de sodiu

CONCLUZIE

La prelegerea de astăzi, am examinat structura particulelor din faza dispersată și principalii factori care influențează stabilitatea și distrugerea sistemelor dispersate. Acești factori trebuie luați în considerare la obținerea unor sisteme coloidale stabile, cum ar fi emulsii, aerosoli, suspensii, precum și la distrugerea sistemelor dispersate „dăunătoare” formate în timpul producției industriale.

Conferențiar al Departamentului de Educație Fizică

Această secțiune discută fenomenele și procesele cauzate de stabilitate agregativă sisteme dispersate.

În primul rând, observăm că toate sistemele dispersate, în funcție de mecanismul procesului de formare a acestora, conform clasificării P.A liofil, care sunt obținute prin dispersia spontană a uneia dintre faze (formarea spontană a unui sistem heterogen dispersat liber) și liofob, rezultată din dispersie și condensare (formarea forțată a unui sistem eterogen liber-dispers).

Sistemele liofobe, prin definiție, trebuie să aibă un exces de energie de suprafață, cu excepția cazului în care acesta este compensat prin introducerea stabilizatorilor. Prin urmare, procesele de mărire a particulelor apar spontan în ele, adică. Există o scădere a energiei de suprafață datorită scăderii suprafeței specifice. Se numesc astfel de sisteme instabil agregativ.

Mărirea particulelor poate avea loc în diferite moduri. Unul dintre ei, sunat distilare izotermă , constă în transferul de materie de la particulele mici la cele mari (efectul Kelvin). Ca rezultat, particulele mici se dizolvă treptat (se evaporă), iar cele mari cresc.

A doua cale, cea mai caracteristică și comună pentru sistemele dispersate, este coagulare (din lat, coagulare, întărire), constând în lipirea de particule.

Coagularea în sistemele diluate duce, de asemenea, la pierderea stabilității sedimentării și în cele din urmă la separarea fazelor.

Procesul de fuziune a particulelor se numește coalescență .

În sistemele concentrate, coagularea se poate manifesta prin formarea unei structuri volumetrice în care mediul de dispersie este distribuit uniform. Conform celor două rezultate diferite de coagulare, metodele de observare a acestui proces diferă și ele. Mărirea particulelor duce, de exemplu, la o creștere a turbidității soluției și la o scădere a presiunii osmotice. Formarea structurii modifică proprietățile reologice ale sistemului, vâscozitatea acestuia crește și curgerea încetinește.

Ca urmare a condensării dintr-o soluție adevărată, se poate forma un sistem stabil, liber dispersat, în care faza dispersată este distribuită uniform pe întregul volum. Pierderea stabilității agregative duce la coagulare, a cărei primă etapă constă în apropierea particulelor din faza dispersată și fixarea lor reciprocă la distanțe mici unele de altele. Între particule rămâne un strat de mediu.

Procesul invers al formării unui sistem stabil dispersat liber dintr-un sediment sau gel (sistem dispersat structurat) se numește peptizare.

Un proces de coagulare mai profund duce la distrugerea straturilor de mediu și la contactul direct al particulelor. Ca rezultat, fie se formează agregate dure de particule solide, fie se contopesc complet în sisteme cu lichide sau gaze. faza dispersata(coalescenta). În sistemele concentrate, se formează structuri solide volumetrice rigide, care pot fi din nou transformate într-un sistem dispersat liber doar prin dispersie forțată. Astfel, conceptul de coagulare include mai multe procese care apar cu o scădere a suprafeței specifice a sistemului.

Fig.33. Procese care cauzează pierderea stabilității sistemelor dispersate.

Stabilitatea agregativă a sistemelor dispersate liofobe nestabilizate este de natură cinetică și poate fi judecată după rata proceselor cauzate de excesul de energie de suprafață.

Viteza de coagulare determină stabilitatea agregativă a sistemului dispersat, care se caracterizează prin procesul de aderență (fuziune) a particulelor.

Stabilitatea agregatelor poate fi, de asemenea, de natură termodinamică dacă sistemul dispersat nu are exces de energie de suprafață. Sistemele liofile sunt termodinamic stabile în agregare se formează spontan și procesul de coagulare nu este deloc tipic pentru ele.

Sistemele stabilizate liofobe sunt termodinamic rezistente la coagulare; ele pot fi îndepărtate din această stare cu ajutorul influențelor care conduc la excesul de energie de suprafață (încălcarea stabilizării).

În conformitate cu clasificarea de mai sus, se disting factorii termodinamici și cinetici ai stabilității agregative a sistemelor dispersate. Deoarece forță motrice coagularea este excesul de energie de suprafață, atunci principalii factori care asigură stabilitatea sistemelor dispersate (în același timp menținând dimensiunea suprafeței) vor fi cei care reduc tensiunea superficială. Acești factori sunt clasificați ca fiind termodinamici. Acestea reduc probabilitatea unor coliziuni eficiente între particule și creează potențiale bariere care încetinesc sau chiar elimină procesul de coagulare. Cu cât tensiunea superficială este mai mică, cu atât sistemul este mai aproape de stabil termodinamic.

Rata de coagulare, în plus, depinde de factori cinetici.

Factorii cinetici care reduc viteza de coagulare sunt asociați în principal cu proprietățile hidrodinamice ale mediului: încetinirea apropierii particulelor, scurgerea și distrugerea straturilor de mediu dintre ele.

Se disting următorii factori termodinamici și cinetici ai stabilității sistemelor dispersate.

1.Factor electrostatic consta in scaderea tensiunii interfaciale datorita formarii unui dublu strat electric pe suprafata particulelor, precum si in repulsia coulombiana care apare atunci cand acestea se apropie unele de altele.

Un strat dublu electric (EDL) este format prin adsorbția surfactanților ionici (disociați în ioni). Adsorbția unui surfactant ionic poate avea loc la interfața a două lichide nemiscibile, de exemplu apă și benzen. Grupul polar al moleculei de surfactant care se confruntă cu apă se disociază, conferind suprafeței fazei benzenice o sarcină corespunzătoare părții organice a moleculelor de surfactant (ioni determinanți potențial). Contraionii (ionii anorganici) formează un strat dublu pe partea fazei apoase, deoarece interacționează cu aceasta mai puternic.

Există și alte mecanisme pentru formarea unui strat dublu electric. De exemplu, DES se formează la interfața dintre apă și iodură de argint slab solubilă. Dacă adăugați azotat de argint foarte solubil în apă, atunci ionii de argint formați ca urmare a disocierii se pot completa rețea cristalină AgI, pentru că fac parte din acesta (adsorbția specifică a ionilor de argint). Ca rezultat, suprafața sării devine încărcată pozitiv (exces de cationi de argint), iar ionii de iodură vor acționa ca contraioni.

De menționată și posibilitatea formării unui strat dublu electric ca urmare a trecerii ionilor sau electronilor de la o fază la alta (ionizarea suprafeței).

EDL format ca urmare a proceselor de separare spațială a sarcinilor descrise mai sus are un caracter difuz (difuz), care se datorează influenței simultane asupra structurii sale a interacțiunilor electrostatice (Coulomb) și van der Waals, precum și a interacțiunilor termice. mișcarea ionilor și a moleculelor.

Așa-numitele fenomene electrocinetice (electroforeză, electroosmoză etc.) sunt cauzate de prezența unui dublu strat electric la interfața de fază.

2. Factorul de adsorbție-solvație constă în reducerea interfacialului

tensiune la introducerea surfactanților (datorită adsorbției și solvației).

3. factor de entropie, ca și primele două, este termodinamică. Acesta completează primii doi factori și acționează în sistemele în care particulele participă la mișcarea termică. Repulsia entropică a particulelor poate fi reprezentată ca prezența unei difuzii constante a particulelor din regiunea cu concentrație mai mareîntr-o zonă cu concentrație mai mică, adică sistemul se străduiește în mod constant să egalizeze concentrația fazei dispersate pe întreg volumul.

4. Factorul structural-mecanic este cinetic. Efectul său se datorează faptului că pe suprafața particulelor se pot forma filme cu elasticitate și rezistență mecanică, a căror distrugere necesită energie și timp.

5. Factorul hidrodinamic reduce viteza de coagulare datorită modificărilor vâscozității și densității mediului de dispersie în straturi subțiri de lichid între particulele fazei dispersate.

De obicei, stabilitatea agregativă este asigurată de mai mulți factori simultan. Stabilitatea deosebit de ridicată se observă sub acțiunea combinată a factorilor termodinamici și cinetici.

Bariera structural-mecanica, considerata pentru prima data de P.A Rebinder, este un puternic factor de stabilizare asociat cu formarea de straturi de adsorbtie la interfetele care liofilizeaza suprafata. Structura și proprietățile mecanice ale unor astfel de straturi sunt capabile să asigure o stabilitate foarte mare a straturilor intermediare ale mediului de dispersie între particulele fazei dispersate.

O barieră structural-mecanică apare în timpul adsorbției moleculelor de surfactant care sunt capabile să formeze un strat structurat asemănător gelului la interfață, deși este posibil să nu aibă activitate de suprafață mare față de această limită de fază. Astfel de substanțe includ rășini, derivați de celuloză, proteine ​​și alți așa-numiți coloizi de protecție, care sunt substanțe cu molecul mare.