Е.Д. Щукин, А.В. Перцов, Е.А. Амелина - Коллоидная химия (другой скан) (1157043), страница 78
Текст из файла (страница 78)
Одной из самых важных проблем в исследовании липосом, тесно связанной с рядом кардинальных вопросов теоретической биологии, является изучение взаимодействия липосом с клетками — их адгезии к поверхности клеток, взаимодействия клеточных и липосомальных мембран, механизмов переноса вещества от ли посо м к клеткам и клеточным структурам. Такие исследования направлены на изучение и регулирование взаимодействия липосом с различными типами клеток и межклеточных взаимодействий. ИП.4. Суспензии и золи Дисперсные системы с твердой дисперсной фазой и жидкой дисперсионной средой называют золями при коллоидной дисперсности вещества дисперсной фазы и сусиензиями в случае более грубой дис- 364 персности и седиментационной неустойчивости. Высококонцентрированные суспензии называют пастами.
Золи являются основным объектом изучения в классической коллоидной химии, суспензии — объектом производственных процессов химической технологии (производство удобрений, катализаторов, красителей и др.) и других областей промышленности (производство строительных материалов, алмазного и твердосплавного инструмента, керамическое производство и т. д.
). Получение материалов с необходимыми свойствами во многих случаях включает в качестве технологических процессов образование (диспергационное или конденсационное) частиц дисперсной фазы и их коагуляцию в жидкой дисперсионной среде. С другой стороны, коагуляция и осаждение взвесей являются одним из этапов процессов водоочистки. Это относится не только к вредным бытовым взвесям и отходам различных технологических процессов, но и к специально получаемым золям гидроксидов металлов, которые вводят в воду для улавливания примесей ПАВ и ионов тяжелых металлов.
Методы управления этими процессами основаны на применении общих закономерностей образования и разрушения дисперсных систем в сочетании с изучением их специфических свойств, в особенности способности к формированию пространственных дисперсных структур с характерными механическими свойствами (см. гл. 1Х).
Эти коллоидно-химические явления лежат в основе многих геологических процессов, например, ведущих к формированию почвенного слоя, явившегося основой развития жизни на поверхности Земли. Природа агрегативной устойчивости дйсперсных систем с частицами твердой дисперсной фазы и жидкой дисперсионной средой определяется составом этих фаз, дисперсностью и концентрацией частиц. Устойчивость гидрозолей при малой концентрации электролитов в системе обычно связана с проявлением электростатической составляющей расклинивающего давления (см. гл. ЧП), обусловленной перекрытием диффузных частей двойных электрических слоев. Вместе с тем (см. ЧП.1), агрегативная устойчивость золей может иметь и термодинамическую природу.
Дисперсная система — золь— обнаруживает термодинамическую устойчивость, если глубина потенциального минимума, характерная для частиц данной дисперсной системы, оказывается меньше выигрыша свободной энергии системы за счет включения частиц в тепловое движение. Наиболее эффективная защита системы (особенно концентрированной) от протекания процессов коагуляции, в том числе и при введении электролитов, обеспечивается применением поверхностно-активных веществ: низкомолекулярных мицеллообразующих ПАВ и высокомолекулярных, так называемых «защитных коллоид- 365 дов».
Адсорбция таких высокоэффективных стабилизаторов приводит к возникновению на поверхности частиц структурно-механического барьера, полностью предотвращающего коагуляцию частиц и возникновение между ними непосредственного контакта, развитие которого может вызвать необратимое изменение свойств систем. Роль структурно-механического барьера особенно велика при стабилизации обратных систем — суспензий и золей полярных веществ в неполярных средах, в которых электростатическое отталкивание, как правило, не существенно. Полное предотвращение сцепления частиц благодаря образованию защитного слоя ПАВ может происходить не только в разбавленных золях, но и в концентрированных пастах; в последнем случае ПАВ служит пласпеификатором, обеспечивающим легкоподвижность системы (см.
гл. 1Х). Подбор ПАВ для стабилизации суспензий и золей различного типа сходен с выбором ПАВ для стабилизации прямых и обратных эмульсий: это должны быть ПАВ, относящиеся к третьей и четвертой группам с высокими значениями ГЛБ при стабилизации суспензий и золей в полярных средах и низкими (маслорастворимые ПАВ) — в неполярных. Коагуляция разбавленных золей при недостаточно эффективной их стабилизации (или при введении электролитов в систему, стабилизированную только за счет электростатического фактора устойчивости) для изометричных частиц обычно приводит к возникновению отдельных агрегатов. В результате система теряет седиментационную устойчивость, и образуется более или менее рыхлый осадок. Наоборот, в системах с резко анизометричными частицами и в концентрированных системах коагуляция может приводить к образованию пространственной сетки частицдисперсной фазы без потери седиментационной устойчивости: система из свободнодисперсного состояния (золь) переходит в связнодисперсное (гель).
Близким по внешним проявлениям к процессу коагуляции является флокуляция, наблюдаемая при добавлении к суспензиям и золям некоторых высокомолекулярных П — флокулянтов — в очень малых количествах (обычно не выше 0,01 %). Согласно Ла-Меру, при флокуляции образуются более рыхлые, чем при коагуляции, агрегаты, в которых частицы находятся на значительных расстояниях и связаны между собой молекулами полимеров, причем между частицами сохраняются свободные участки цепей макромолекул — флокуляция происходит по механизму образования мостиков. Это связано с тем, что при малых концентрациях молекула поверхностно-активного полимера, содержащая в своей цепи множество активных групп, оказывается достаточно «развернутой» и может закрепляться сразу на не- 366 скольких частицах дисперсной фазы, связывая их (особенно прочно при хемосорбции) в единый рыхлый агрегат.
При высоких концентрациях полимерного ПАВ, когда адсорбция на поверхности частиц велика и сопровождается образова- о нием плотного лиофилизующего адсорбционного слоя, тот же полимер будет выступать в роли стабилизатора дисперсии, дей- „„„„„„„„, ствуюшего по механизму структурно-механического барьера. Полимеры, не способные к адсорбции на поверхности частиц, также могут в зависимости от концентрации вызывать флокуляцию или стабилизацию частиц дисперсной фазы, однако в этом случае механизм их действия будет иным.
Так, флокуляция при низких концентрациях полимерных молекул обусловлена их вытеснением из зазора в объем раствора и возникновением вследствие этого осмотической составляющей расклинивающего давления. Возникающая прн высоких концентрациях полимера стабилизация связана с эн опий- ными эфф эффектами, вызванными изменением конформацнонного состояния макромолекул в зазоре между частицами . Флокуляция с помощью полимеров нашла широкое применение во многих прикладных областях: в водоочистке для ускорении осаждения частиц (и особенно доосаждения их мелких фракций) в а отехнике для управления фильтрационными и структурно-механическими свойствами почв, в том числе для предотвращения ветровой эрозии (что особенно актуально после чернобыльской катас оф ) инжене ерной геологии для закрепления грунтов, в бумажной промышленности для регулирования связности целлюлозных волокон на разных этапах переработки бумажной пульпы и т.
ыит.д. В качестве флокулянтов водных дисперсий используются различные полиэлекгролиты — полиакриламиды, полиэтиленимины и другие. В суспензиях процессы коагуляции могут проявляться как в ходе оседания дисперсной фазы, так и в сформированном осадке. Коагунак ляция в процессе осаждения приводит к отклонению формы кр й опления осадка от обычно наблюдающейся для агрегативно устойчивых систем: если коагуляция сопровождается увеличением размера и скорости оседания агрегатов, то на кривых накопления осадка 1 Д.неппер.Стабилизацилколлоилнмхлисперсийполиме ми/Пе . рел.
Ю,С. Липатоаа. Мл Мир, !9»6. м рами/ ер.с англ. Пол. 367 может появиться точка перегиба (рис. Ч(П-15). Изменение формы кривой накопления осадка в агрегативно неустойчивой системе после ее стабилизации введением ПАВ позволяет изучать закономерности коагуляции в такой системе. Другим проявлением коагуляции при оседании суспензии является увеличение объема осадка. Образование вследствие коагуляции сравнительно рыхлых агрегатов частиц приводит к увеличению объема осадка по сравнению с агрегативно устойчивой системой, где частицы способны свободно перемещаться относительно друг друга и плотно упаковываться. ло 0 с„ Рис. т'111-16.
Зависимость скорости коатуляции ол„/Ш от концентрации электролита Рис. тГП-17. Кннетика быстрой коагу- ллции по Смолуховскому Ч!1!.5. Коагуляций гидрофобных золей электролитами Склонность гидрозолей к разрушению (коагуляции) под действием небольших добавок электролитов была замечена давно и послужила объектом большого числа детальных экспериментальных и теоретических исследований, Было обнаружено, что коагулирукнцее действие электролитов прежде всего определяется величиной заряда тех ионов, знак которых противоположен знаку заряда коллоидных частиц, т.е. совпадает со знаком прети воиона.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
