5.3. Теория устойчивости лиофобных дисперсных систем длфо

В процессе развития коллоидной химии возникало много теорий, авторы которых пытались связать устойчивость гидрофобных золей, в частности коагулирующее действие электролитов, с теми или иными параметрами системы и явлениями, возникающими при взаимодействии дисперсной фазы с дисперсионной средой.

Каждая из теорий (химическая, адсорбционная, электростатическая и др.) объясняла только ряд факторов, но оказывалась бессильной перед множеством других факторов, т.к. все эти теории носили, в основном, односторонний характер и связывали сложный процесс коагуляции с каким-либо одним параметром системы.

Современная физическая теория устойчивости была предложена Б.В. Дерягиным, совместно с Л.Д. Ландау (1937–1941 гг.). Несколько позже теоретическая разработка, почти аналогичная и приводящая к тем же результатам, была осуществлена независимым путем Е. Фервеем и Дж. Овербеком. Поэтому, современная теория устойчивости обозначается в литературе как теория ДЛФО (DLFO).

Современная теория устойчивости ДЛФО рассматривает процесс коагуляции как результат совместного действия Ван-дер-Ваальсовых сил притяжения и электростатических сил отталкивания между частицами. В зависимости от баланса этих сил в тонкой прослойке жидкости между сближающимися частицами возникает «расклинивающее давление».

5.3.1. Расклинивающее давление

Расклинивающее давление () – избыточное давление, которое возникает в межфазной прослойке жидкости при достаточном ее утоньшении (уменьшении):

, (5.17)

где р – давление в межфазной прослойке; – гидростатическое давление в окружающей среде;h – толщина межфазной прослойки жидкости.

Расклинивающее давление – это суммарный параметр, который учитывает как силы притяжения, так и силы отталкивания.

Если , то преобладают силы отталкивания (система агрегативно устойчива).

Если , то преобладают силы притяжения, частицы самопроизвольно сближаются, происходит коагуляция.

Расклинивающее давление – работа, совершаемая при изменении толщины межфазной прослойки (h) и приходящаяся на единицу площади поверхности перекрывания поверхностных слоев при условии , гдеh – толщина межфазной прослойки; – толщина поверхностного слоя:

. (5.18)

С термодинамической точки зрения расклинивающее давление есть частная производная энергии Гиббса по толщине межфазной прослойки:

. (5.19)

а	б
Рис. 5.5. Схема возникновения расклинивающего давления: а– поверхностные слои двух межфазных поверхностей, толщинойне перекрылись;б– возникновение расклинивающего давления в результате перекрывания поверхностных слоев

Расклинивающее давление – суммарный параметр, учитывающий как силы отталкивания, так и силы притяжения, действующие в пленке жидкости. В соответствии с этим расклинивающее давление может быть как положительным, вызывающим утолщение пленки, так и отрицательным, утоньшающим пленку жидкости. Положительному расклинивающему давлению соответствует уменьшение энергии Гиббса с увеличением толщины межфазной прослойки жидкости, поэтому перед производной в уравнении (5.19) стоит знак минус. При равенстве положительных и отрицательных сил пленка становится равновесной.

Представление о расклинивающем давлении является одним из фундаментальных в коллоидной химии. Расклинивающее давление проявляется во всех случаях образования тонких слоев жидкости

В теории ДЛФО рассматривается баланс (соотношение) сил, которые действуют в межфазной прослойке между мицеллами.

Рассмотрим природу сил, определяющих расклинивающее давление и зависимость от толщины прослойкиh.