5.1.1. Факторы агрегативной устойчивости лиофобных систем

Наблюдаемая долговечность многих лиофобных систем говорит о том, что наряду с Ван-дер-Ваальсовыми силами притяжения между частицами в системе существуют и силы отталкивания или эффекты, экранирующие это притяжение. Рассмотрим факторы, вызывающие устойчивость лиофобных систем:

• электростатический фактор связан с адсорбцией ионов на поверхности частиц и образование ДЭС, что приводит к взаимному отталкиванию частиц. Этот фактор усиливается с ростом потенциала поверхности и толщины ДЭС и характерен для систем с полярными дисперсионными средами. Образование ДЭС приводит не только к появлению зарядов на поверхности частиц, но и снижению при этом поверхностного натяжения на границе раздела фаз, что способствует стабилизации системы;

• адсорбционно-сольватный фактор связан с существованием особых слоев жидкости (сольватных оболочек) вокруг всякой коллоидной частицы, которые препятствуют сближению частиц. Проявляется этот фактор в основном в лиофильных дисперсных системах. Лиофильные системы тем более устойчивы, чем сильнее развиты сольватные оболочки.

• энтропийный фактор связан со стремлением частиц дисперсной фазы к равномерному распределению по объему дисперсионной среды и таким образом удалиться друг от друга. При этом снижается вероятность столкновения частиц, а следовательно, и их агрегация.

• структурно-механический фактор заключается в образовании механически прочных адсорбционных слоев, мешающих слипанию частиц при их сближении. Эти слои образуются при адсорбции длинноцепочечных ПАВ и ВМС.

При нарушении агрегативной устойчивости дисперсной системыпроисходит слипание частиц – коагуляция.

5.2. Коагуляция

Коагуляция – агрегация частиц дисперсной фазы с последующим выпадением их в осадок. Коагуляция включает в себя все процессы, идущие в результате потери системой агрегативной устойчивости. Она может закончиться как разрушением системы, так и образованием в ней структур (структурообразованием).

Рис. 5.1. Схема потери дисперсной системой агрегативной устойчивости

Оба эти процесса: разрушение и структурообразование протекают в две стадии. На первой стадии происходит сближение частиц дисперсной фазы и фиксация их на некотором расстоянии, с образованием агрегатов, которые называют флокулами, а сам процесс – флокуляцией. Аналогичный процесс в структурообразовании называется коагуляционным структурообразованием. Во второй стадии происходит разрушение прослоек дисперсионной среды и образование непосредственного контакта между частицами дисперсной фазы. В системах образуются жесткие агрегаты из твердых частиц. В структурообразовании из подвижных коагуляционных структур (гелей) при удалении прослоек дисперсионной среды образуются жесткие конденсационные структуры или конденсационно-кристаллизационные структуры (связнодисперсные системы).

Стадии коагуляции

Во всяком процессе коагуляции различают две стадии:

Скрытая коагуляция – невооруженным глазом нельзя наблюдать каких-либо внешних признаков происходящих изменений в золе.

Явная коагуляция – о коагуляции можно судить невооруженным глазом: по помутнение, по выпадению осадка, по изменению цвета.

Для лиофобных золей характерно то, что стадия скрытой коагуляции очень коротка и быстро переходит в стадию явной коагуляции.