И.Л. Кнунянц - Химическая энциклопедия, том 2 (1110088), страница 48
Текст из файла (страница 48)
Лиофильные и лиофобные Д.с. с жидкой дисперсионной средой различаются в зависимости от того, насколько близки или различны по своим св-вам дисперсная фаза н дисперсионная среда (см. Ли»филь«ость и лиофобность). В лиофилъных Д.с. межмолекулярные взанмод. по обе стороны разделяющей фазы пов.сти различаются незначительно, поэтому уд. своб.
поверхностная энергия (для жидкости-поверхностное натяжение) чрезвычайно мала (обычно сотые доли мДжгмз), межфазная граница (поверхностный слой) м. б. размыта и по толщине нередко соизмерима с размером частиц дисперсной фазы. Лиофнвьные Д.с. термодинамически равновесны, они всегда высокодисперсны, образуются самопроизвольно и при сохранении условий их возникновения могут существовать сколь угодно долго. Типичные лиофилъные Д.с.-микроэмульсии, нек-рые полимер-полнмерные смеси, мнцелляриые системы ПАВ, Д. с. с жидкокристаллич. дисперсными фазами. К лиофнльным Д.с. часто относят также набухающие и самопроювольно диспергирующиеся в водной среде мянералы группы монтмориллонита, напр.
бентонитовые глины. Следует отметить, что в прошлом «лиофильными коллоидами» паз. р-ры полимеров, т.е. принципиально гомог. системы. Однако в совр. терминологии понятие «коллоид» относится только к михрогетерогениым системам; по отношению к гомогениым (однофазным) системам его не упо треб лшот. В лиофобных Д.с. межмолекулярное взаимод.
в дисперсионной среде и в дисперсной фазе существенно различно; уд. своб. поверхностная энергия (поверхносгное натяжение) велика — от неся. единиц до песк. сотен (и тысяч) мДж/мг; граница фаз выражена достаточно четко. Лиофобные Д.с термодинамически неравновесны; большой юбыток своб. поверхностной энергии обусловливает протекание в них процессов перехода в более энергетически выгодное состояние. В изотермич. условиях возмоа:на коагуляцил— сближение и объединение частиц, сохраняющих первоначальные форму и размеры, в плотные агрегаты, а также укрупнение первичных частиц вследствие коалесяеиоии— слияния капель или пузырьков газа, собирательной рекрисгаллизации (в случае крнстазлич.
дисперсной фазы) или нзотермич, перегонки (мол, переноса) в-ва дисперсной фазы от мелких частиц к крупным (в случае Д,с. с жидкой дисперсионной средой-последний процесс наз. переконденсацией). Нестабилюованные и, следовательно, неустойчивые лиофобные Д.с. непрерывно измеюпот свой дисперсный состав в сторону укрупнения частиц вплоть до полного расслоения на макрофазы. Однако стабилизованные лио.
фобиые Д.с. могут сохранять дисперсность в течение длит. времени. Образование дисперсных систем. Возможно двум» путями: диспергационным и конденсационным. Диспергнрование 153 6 Х»м«ч э»а, т. 2 ДИСПЕРСНЬЖ 81 макрофаз с образованием лиофнльных Д.с. происходит самопроизвольно — для этого достаточно энергия теплового движения. Такой процесс осуществляется при значениях поверхностного натяжения о ниже нек-рого критич, значения о„, = б)г7)бг, где 5-размер частвц дисперсиой фазы, Т-або. т-ра, )г †постоянн Больцмаиа, )1 †безразмерн коэф., принимающий значения примерно 10 — 30.
Образование лиофобных Д.с. путем диспергирования стабильной макрофазы требует значительных энергетяч. затрат, определяемых суммарной площадью пов-сти частиц лисперсной фазы. В реальных условиях на образование пов-сти при измельчении твердых тел или при распылении и эмульгировании жндкостей приходится лишь неболъшая часть (доли процента) подводимой к системе энергия; остальное расходуется на побочные процессы и рассеивается в окружающем пространстве (см. Дис»ергирование). Копденсационный путь образования Д.с.
связан с зарождением новой фазы (или новых фаз) в пересыщеиной метастабильной исхолной фазе — будущей дисперснонной среде. Для возникновения высокодисперсной системы необходимо, чтобы число зародышей новой фазы было достаточно большим, а скорость их роста не слишком велика. Кроме того, требуется наличие факторов, ограничивающих возможности чрезмерного разрастания и сцепления частиц дисперсной фазы. Переход первоначально стабильной гомог. системы в метастабилъное состояние может проюойти в результате изменения термодинамич.
параметров состояния (давления, т-ры, состава). Так образуются, напр., природные и искусственные аэрозоли (туман — из переохлажденных водяных паров, дьпчы — из парогазовых смесей, выделяемых при неполном сгорании топлива), нек-рые полимерные системы-из р-ров при ухудшении «термодинамич. качества» р-рителя, органозоли металлов путем конденсацин паров металла совместно с парами орг. ющкости или при пропускании первых через слой орг. жидкости, коллоидно-дисперсные полихристалляч. тела (метаплнч. сплавы, нек-рые виды горных пород и искусств. неорг материалов). Возможно также образование Д,с. в результате хим р-цни в гомог.
среде, если продук~ р-цни при данных условиях находится в агрегатном состоянии, отличном от «материнской» фазы, или практячески не растворяется в ией. Примерами подобных систем могут служить аэрозоли с твердыми частицами ХН С1 (образуются при взаимод. газообразных 1(Нз н НС1), аэрозоли с капельно-жидкими частицами Нгб04 (йри взаимол. БОэ н водяного пара). В природе я технол.
процессах часто образуются гидрозоли разного состава при пщролизе солей и др. соед., неустойчивых к действию воды. Окислит.-восстановит. р-цни используют для получения волей Ап и Аб, разложение ХагбгОэ разб. серной или соляной к-той-для получения гидрозоля элкментарной серы. Хим, или термохим. разложения карбонатов, орг.
норофоров (порообразователей, вспенивающих агентов) и др. соед. с выделением газообразных в-в в первоначалъио жидких средах лежит в основе пром. прою-ва мн. пеноматериалов. Устойчивость дисперсных систем характерюуется постоянством дясперсности (распределения часпщ по размерам) и концентрации дисперсной фазы (числом частиц в единице объема).
Наиб. сложна в теоретич, аспекте и важна в практич. отношении проблема устойчивости аэрозолей и жидких лиофобных Д.с. Различают седиментациониую устойчивость и устойчивосп к коагуляции (агрегативную устойчивость). Седиментационно устойчивы коллондные системы с газовой и жидкой днсперснонной средой, в к-рых броуновское двюкение частиц препятствует оседаняю; грубодисперсные системы с одинаковой плотностью составляющих их фаз; системы, скоростью седиментацвн в к-рых можно пренебречь из-за высокой вязкости среды. В агрегативно устойчивых Д.с. непосредств. контактм между частицами не возникают, частицы сохраняют свою 154 82 ДИСПЕРСНЬЖ инливидуальность.
При нарушении агрегативной устойчивости Д.с. частицы, сближаясь в процессе броуновского движения, соединяются необратимо или скорость агрегацнн становится значительно больше скорости дезагрегации. Между твердыми частицами возникают непосредственные точечные (ватомные») контакты, к-рые затем могут превратиться в фазовые (когезионные) контакты, а соприкосновение капель и пузырьков сопровождается их коалесценцией и быстрым сокращением суммарной плошади межфазной пов-сти. Для таких систем потеря агрегативной устойчивости означает также потерю седиментационной устойчивости.
В агрегативно устойчивых системах дисперсный состав может изменяться вследствие изотермич. перегонки-мол. переноса в-ва дисперсной фазы от мелких частиц к более крупным. Этот процесс обусловлен зависимостью давления насьпценного пара (илн концентрации насыщенного р-ра) от кривизны пов-сти раздела фаз (см. Капиллярныс явления). Агрегативная устойчивость и длительное существование лиофобных Д.с. с сохранением их св-в обеспечивается стабилизацией. Для высокодисперсных систем с жидкой дисперсиоиной средой используют введение в-в-стабилизаторов (электролитов, ПАВ, полимеров).
В теории устойчивости Дерягина †Ландау †Фервея †Ов (теории ДЛФО) осн. роль отводится ионна.электростатич. фактору стабилизации. Стабилизация обеспечивается электростатич. отталкиванием диффузных частей двойного электрич. слоя, к-рый образуется при адсорбцни ионов электролита на пов-сти частиц. При нек-ром расстоянии между частицами отталкивание диффузных слоев обусловливает наличие минимума иа потенц. кривой (дальний, или вторичный, минимум; см.
рнс.). Хотя этот минимум относительно неглубок, ои может препятствовать дальнейшему сближению частиц, притягиваемых силами межмолекулярного взаимодействия. Ближний, или первичный, минимум соответствует прочному сцеплению частиц, при к-ром энергии теплового движеиия недостаточно для их разъединения. Сближаясь на расстояние, отвечающее этому минимуму, частицы обьеднцяются в агрегаты, образование к-рых ведет к потере системой агрегативной устойчивости.
При этом устойчивость системы к коагуляции определяется высотой энергетич. барьера. взвнмодсвсгввк Е между квстнпьмн ог б. я «внб п дальний минимумы са гвсг. При введении в Д.с. в качестве стабилизатора ПАВ фактором стабилизации м.б. »сгермодинамич. упругость» пленок среды, разделяющей частицы. Стабилизация обеспечивается тем, что при сближении частиц, напр. капель или газовых пузырей, происходит растяжение и утоньшение разделяющей их прослойки, содержащей ПАВ, и, как следствие, нарушение адсорбц.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
