Агрегативна стійкість.

Кінетична та агрегативна стійкість колоїдних систем.

Колоїдні системи на відміну від молекулярних розчинів термодинамічно не стійкі. Тому проблема стійкості колоїдних систем є головною проблемою колоїдної хімії, а коагуляція складає найбільш важливий механізм переходу до стійкого стану для всіх типів колоїдних систем. У 1922 р. М.П.Пєсков у своїх роботах вводить поняття про різні типи стійкості колоїдних систем, тобто:

1) Седиментаційна (кінетична) стійкість

Седиментаційна стійкість – це здатність системи зберігати рівномірне розподілення частинок в об’ємі, тобто протистояти дії силі тяжіння і процесам осідання частинок. Седиментаційна стійкість залежить від розмірів частинок, тому всі колоїдні системи седиментаційно стійкі за рахунок малих розмірів частинок та невеликої сили ваги, тобто дисперсні системи, у яких частинки мають розміри менше 1 мікрона та знаходяться у активному броунському русі.

Всі грубодисперсні системи, розміри частинок яких більше 1 мікрона, кінетично не стійкі. Якщо частинки осідають, грубодисперсна система поділяється на висококонцентрований шар дисперсної фази та на шар чистого дисперсійного середовища.

Агрегативна стійкість – це здатність системи зберігати розподілення частинок за розмірами у часі та протистояти агрегації частинок. За цими ознаками системи поділяють на два класи:

Агрегативно стійкі системи – це системи, в яких осідання частинок відбувається повільно та вони не зліплюються одна з одною.

Агрегативно нестійкі системи – частинки таких систем зліплюються одна з одною та осідають пластівцями.

2. Порушення агрегативної стійкості колоїдної системи в бік збільшення частинок за рахунок їх зліплювання під впливом сил тяжіння називається коагуляцією.

Можна виділити 2 стадії коагуляції: Прихована стадія– на цій стадії частинки хоч і збільшуються, але осад не утворюється (інколи можна помітити зовнішні зміни – змінюється колір, з’являється муть).

Явна стадія – відбувається повне поділення системи на 2 фази, випадає колоїдна речовина в осад – коагель.

Самочинна коагуляція часто відбувається дуже повільно, її можна прискорити, збільшуючи швидкість руху частинок, що допомагає їм здолати розклінюючий тиск.

При броунівському русі колоїдні частинки вільно зближаються на відстань до 10^{-5 см}, подальшому зближенню заважає розклінюючий тиск. – це тиск, діючий з боку тонкого шару на поверхні, які обмежують цей шар.

Щоб мати уявлення про розклінюючий тиск, розглянемо макет.

Від пластинки слюди А відділяють листок В і обережно встромляють лезо - механічний клин С. Відмітивши межу розколу D, залишають систему в нерухомості.

Якщо тепер внести у розкол D декілька крапель води, то межа розколу відсунеться ліворуч на деяку відстань DE – по збільшенню розколу можна кількісно визначити розклінюючий тиск тонкого шару.

Дія розклінюючого тиску між частинками у колоїдному розчині обумовлена іонною атмосферою подвійного електричного шару на поверхні розподілу фаз.

Коагуляція колоїдів може відбуватися за рахунок дії: електролітів, неелектролітів, зміни температури, механічної дії, зміни властивостей дисперсійного середовища, світла, електричного струму.

Найбільший вплив на коагуляцію чинять електроліти. Вчені Шульг і Гарді встановили, що дія електролітів як коагулянтів залежить від величини заряду іона, який протилежний заряду колоїдної частинки.

Методика проведення дослідів

1- електроліт; 2- золь

Початок коагуляції візуально по зміні кольору колоїдного розчину, або по межі розділу між дисперсною фазою і дисперсним середовищем.

Мінімальна концентрація електроліту, яка визиває явну та швидку коагуляцію називається порогом коагуляції (виражається в міллімолях на 1 літр колоїдного розчину – ммоль/л).

ОА – поріг коагуляції; 1-прихована, 2-явна

Шульц і Гарді встановили, що здатність електролітів до коагуляції пов’язана з валентністю іонів.

Правило значності: чим більша валентність іонів, які входять до складу електролітів, тим менше значення порогу коагуляції.

Експериментально отримані значення порогу коагуляції:

для І валентних іонів 25-150 ммоль/л

для ІІ валентних іонів 0,5-2 ммоль/л

для ІІІ валентних іонів 0,01-0,1 ммоль/л

2. Теорія ДЛФО (теорія стійкості гідрофобних колоїдів) (Дерягін, Ландау, Фервєй, Овербек). В процесі розвитку колоїдної хімії розроблено було багато теорій стійкості гідрофобних колоїдів, в яких робились спроби пояснити стійкість систем.

Сама вдала теорія – це теорія, яка розроблена російськими вченими Б.В. Дерягіним і Л.Д. Ландау, а потім підтверджена голландськими вченими Фервєєм і Овербеком (ДЛФО).

Вони представили процес коагуляції, як результат спільної дії сил притягування та електростатичних сил відштовхування між частинками.

В залежності від балансу цих сил, між частинками, які зближаються, виникає або позитивний розклинювальний тиск, який заважає з’єднанню частинок, або негативний, який приводить до контакту між частинками.

Сумарну енергію системи із двох частинок одержують складанням енергії відштовхування і енергії пртягування:

U_відш – енергія відштовхування; U_пр – енергія притягування; В – множник, який залежить від значення електричних потенціалів ПЕШ, властивостей середовища, температури; χ – величина, зворотна товщині дифузного шару; А – стала молекулярних сил протягування; h – відстань між частинками.

Можна виділити 3 найбільш характерних вигляди потенціальних кривих, які відповідають визначеним станам стійкості дисперсних систем:

1 – характеризує стан дисперсної системи (при будь-якій відстані між частинками). Енергія притягування більша ніж енергія відштовхування. При такому стані спостерігається швидка коагуляція.

2 – є високий потенціальний бар’єр та подвійний мінімум, частинки розділені про слойками середовища. Такий стан відповідає оберненості коагуляції.

3 – високий потенціальний бар’єр та відсутній другий мінімум. Велика агрегативна стійкість.

Це простий варіант теорії ДЛФО, який не враховує розмір частинок і їх форму. Коагуляцію можна визвати (крива 3) зменшенням або ліквідацією енергетичного бар’єра. Висота бар’єра визначається величиною електрокінетичного потенціалу.

Зменшити енергетичний бар’єр можна:

1) шляхом нейтралізації коагуляції – зменшення термодинамічного потенціалу частинок (введення в систему електролітів) (неіндиферентні електроліти);

2) Шляхом концентраційної коагуляції – стисканням подвійного електричного шару, збільшенням іонної сили розчину (індиферентні електроліти).

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Розвиток особистості в молодшому шкільному віці.	\|	ГІГІЄНІЧНІ ОСНОВИ ОХОРОНИ ТА ЗМІЦНЕННЯЗДОРОВ'Я ДІТЕЙ

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.016 сек.