Устойчивость дисперсных систем
Основные положения
Под устойчивостью системы понимают неизменность во времени ее основных параметров. В нашем случае такими параметрами являются дисперсность и равновесное распределение дисперсной фазы в среде. Коллоидные системы, за исключением растворов высокомолекулярных соединений (ВМС), представляют собой термодинамически неустойчивые системы. В месте с тем в плане устойчивости существует резкое различие между двумя основными классами: лиофильными и лиофобными коллоидами. Значительное взаимодействие дисперсной фазы со средой (лиофильность) способствует самопроизвольному диспергированию. Можно отметить глубокую общность процессов диспергирования (в случае лиофильных систем) и растворения, так как растворение также определяется соотношением энергии сольватации и энергии разрушения кристаллической решетки с учетом энтропии смешения.
Вопросы термодинамики равновесия и устойчивости дисперсных систем рассматривались в работах Фольмера, Ленгмюра, Онзагера и других ученых. Общие термодинамические соотношения, характеризующие процесс образования коллоидных систем, даны в работах Ребнидера, Щукина, а впоследствии Русанова, Куни.
В соответствии с этими представлениями к лиофильным дисперсным системам относят все системы, способные к самопроизвольному диспергированию.
Лиофобные коллоиды характеризуются энергией связи внутри дисперсной фазы, значительно большей, чем энергия межфазного взаимодействия, и эта разность не компенсируется энтропийным фактором. Поэтому диспергирование в этом случае не является самопроизвольным процессом, а может быть реализовано либо за счет внешней работы, либо за счет других процессов, протекающих в системе спонтанно (например, химических). Вследствие этого образующиеся дисперсии термодинамически неустойчивы. Такие системы, неспособные к самопроизвольному диспергированию, получили название лиофобных коллоидов, хотя и для них всегда характерна некоторая степень межфазного взаимодействия (лиофильность).
|
|
|
Несмотря на термодинамическую неустойчивость, многие лиофобные коллоидные системы в течение долгого времени (иногда десятилетиями) сохраняют свои свойства неизменными.
Для выяснения причин относительной устойчивости подобных систем прежде всего необходимо определить, о каком виде устойчивости идет речь. Различают два основных типа устойчивости: седиментационную (кинетическую) и агрегативную. Существует также понятие фазовой устойчивости. Кинетическая устойчивость дисперсной системы была подробно рассмотрена в п.2.
Агрегативная устойчивость может быть определена как способность системы к сохранению дисперсности и индивидуальности частиц дисперсной фазы. При потере агрегативной устойчивости происходит объединение частиц, приводящее к коагуляции дисперсной фазы.
|
|
|
Такое объединение частиц силами молекулярного притяжения может привести к образованию сплошной структурированной системы, обладающей фазовой устойчивостью. Однако в общем виде под коагуляцией понимают процесс слипания частиц, образования крупных агрегатов с потерей седиментационной устойчивости и последующим разделением фаз, заканчивающимся разрушением дисперсной системы.
В настоящее время различают два основных фактора агрегативной устойчивости – электростатический барьер, обусловленный силами отталкивания одноименно-заряженных коллоидных частиц, и адсорбционно-сольватный барьер, представленный молекулами дисперсионной среды, связанными с коллоидными частицами, что препятствует их взаимному сближению. Второй фактор доминирует в лиофилизованных системах и является весьма важным в обеспечении устойчивости систем с высоким содержанием дисперсной фазы (имеющих наибольшее практическое значение). Между обоими факторами существует взаимосвязь, заключающаяся прежде всего в том, что увеличение заряда и потенциала поверхности обычно способствует развитию сольватных оболочек и адсорбции стабилизаторов.
Дата добавления: 2018-02-28; просмотров: 336; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!