Пасты, гели и осадки как структурированные системы
При увеличении концентрации частиц дисперсной фазы системы из свободнодисперсных превращаются в связнодисперсные. Связнодисперсные системы, в которые переходят суспензии, называют пастами. Золи переходят в гели. Пасты и гели образуют структуры, и для них характерны структурно-механические свойства, которые были рассмотрены ранее (см. гл. 11).
Пасты представляют собой концентрированные суспензии или осадок, который образуется в результате потери суспензией седиментационной устойчивости. Кроме того, пасты могут быть приготовлены искусственно путем растирания твердых тел или порошков в жидкой среде.
Осадки золей в отличие от осадков суспензий могут переходить обратно в коллоидный раствор.
Этот процесс, обратный коагуляции, т.е. распад агрегатов до первичных частиц и переход части осадка во взвешенное состояние, называется пептизацией. Для высокодисперсных систем динамическое равновесие между коагуляцией и пептизацией можно представить следующим образом:
(14.1)
где Е — энергия связи между частицами; z — координационное число частицы в пространстве агрегата; V 1— объем, приходящийся на одну частицу; V э— эффективный объем, в котором происходит смещение частиц относительно положения равновесия в агрегатах; k — постоянная Больцмана.
Для лиофильных дисперсных систем, которые характеризуются низким межфазовым поверхностным натяжением и незначительной энергией связи Е, реализуется условие 0,5 zE < kT ln(V 1/ V э), и коагуляция термодинамически невозможна. В лиофобных системах, когда энергия связи частиц Е значительна, коагуляцию можно считать практически необратимой.
|
|
|
Пептизация может протекать под действием электролитов, при этом восстанавливается ДЭС, повышается ζ-потенциал, а силы электростатического отталкивания преобладают над силами межмолекулярного взаимодействия (см. рис. 10.5). Пептизация также может происходить под действием растворов ПАВ, молекулы которых адсорбируются на границе раздела фаз и образуют адсорбционные слои, способные противодействовать сближению частиц.
В результате действия электролитов или растворов ПАВ между частицами возникает дополнительная сила отталкивания. Связь и контакт между частицами нарушаются, осадок распадается на отдельные частицы коллоидного размера. Эти частицы из области большей концентрации (осадок) переходят за счет диффузии в область меньшей концентрации, т.е. во взвешенное состояние, образуя золь.
Пептизация протекает с определенной скоростью и зависит от концентрации электролита-пептизатора (рис. 14). В начале процесса при незначительной концентрации электролита переход осадка в раствор не наблюдается (участок I) — происходит адсорбция пептизатора на поверхности частиц. По мере увеличения концентрации пептизатора (участок II) количество осадка, перешедшего в коллоидный раствор, резко возрастает. При дальнейшем увеличении концентрации пептизатора весь осадок переходит в коллоидный раствор (участок III).
|
|
|
Г л а в а 15
ЭМУЛЬСИИ
Эмульсии представляют собой особый вид дисперсных систем, дисперсная фаза и дисперсионная среда которых являются взаимно нерастворимыми или плохо растворимыми жидкостями. Это обстоятельство и обусловливает специфическое свойство эмульсий образовывать системы со сферическими частицами дисперсной фазы в широком диапазоне концентрации (от 0,001 до 90%) и их способностью к обращению фаз. Получение, устойчивость и разрушение эмульсий определяются особенностями границы раздела Ж—Ж.
Эмульсии, как и другие дисперсные системы, широко применяют в различных отраслях промышленности; они определяют свойства некоторых продуктов питания.
Свойства эмульсий
Наибольший практический интерес представляют эмульсии, в которых одной из жидких фаз является вода (В), а другая формируется из водонерастворимой жидкости, называемой в общем случае маслом (М); это может быть жидкий жир, минеральные масла и др.
|
|
|
В зависимости от состава дисперсной фазы и дисперсионной среды могут быть прямые и обратные эмульсии. Прямые эмульсии типа М/В — это дисперсии масла в воде. Раздробленной фазой в прямых эмульсиях является масло (рис. 15.1). Обратные эмульсии типа В/М — это дисперсии воды в масле, в них частицы воды распределены в масляной среде. Прямой эмульсией является молоко, а маргарин и нефть можно отнести к обратным эмульсиям.
Тип эмульсии можно определить экспериментально. Для этой цели в эмульсию добавляют некоторое количество жидкости, составляющую одну из фаз. Если эмульсия легко разбавляется, то добавляемая жидкость проникает в непрерывную часть системы, которая и будет дисперсионной средой.
Определить тип эмульсии можно при помощи красителя, растворимого только в одной из фаз. Если краситель растворяется в дисперсионной среде, то эмульсия быстро окрашивается в цвет этого красителя. Обычно прямая эмульсия (М/В) обладает большей электропроводностью по сравнению с обратной эмульсией (В/М).
Эмульсии различают в зависимости от содержания дисперсной фазы, которая выражается через объемную концентрацию:
|
|
|
(15.1)
где V д.ф., V ри V д.с.— объем дисперсной фазы, дисперсионной среды (растворителя) и дисперсной системы, в данном случае эмульсии, соответственно.
В зависимости от концентрации дисперсной фазы эмульсии могут быть разбавленными (v об< 0,1%), концентрированными (0,1% < v об< 74%) и высококонцентрированными при v об> 74%.
В разбавленных эмульсиях концентрация дисперсной фазы незначительна. Поэтому их свойства (вязкость, плотность и др.) мало отличаются от свойств дисперсионной среды.
Стремление поверхностной энергии к минимуму (см. рис. 2.4) вследствие подвижности жидкой границы в эмульсиях приводит к самопроизвольному снижению поверхности раздела фаз. По этой причине капли разбавленных и концентрированных эмульсий приобретают шарообразную форму.
Объемная концентрация v об, равная 74%, является рубежом, характеризующим переход концентрированной эмульсии в высококонцентрированную. При v обменее 74% частицы дисперсной фазы способны сохранять сферическую форму и плотную упаковку частиц одного и того же размера. Плотная упаковка означает расположение частиц дисперсной фазы таким образом, что объем дисперсионной среды, становится минимальным.
При концентрации дисперсной фазы выше 74% наблюдается деформация капель дисперсной фазы, их сферичность нарушается, а эмульсии приобретают новые свойства. Жидкие пленки превращаются в многогранники, сформированные из дисперсионной среды. Высококонцентрированные эмульсии могут содержать до 99% дисперсной фазы. Подобные эмульсии образуют структуру, способны сохранять свою форму, и не растекаются. Именно к эмульсиям такого типа относятся сливочное масло, маргарин и различные кремы.
Значительная часть эмульсий относится к средне- и грубодисперсным системам, размеры частиц дисперсной фазы которых превышают 1 мкм. Майонез, например, представляет собой концентрированную прямую эмульсию (v об= 40¸ 70%) в воде типа М/В. Размеры жировых шариков колеблются в пределах 1—10 мкм.
В настоящее время все большее значение приобретают микроэмульсии; дисперсная фаза таких эмульсий состоит из набухших мицелл коллоидных ПАВ (см. параграфы 21.4 и 21.5). Поэтому микроэмульсии называют еще мицеллярными эмульсиями. Размер мицелл дисперсной фазы этих эмульсий составляет 10—100 нм, что соответствует высокодисперсным системам. Микроэмульсии обычно устойчивы. Концентрация v обможет достигать 50%, что соответствует концентрированным эмульсиям.
Дата добавления: 2015-12-21; просмотров: 102; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!