Устойчивости дисперсных систем

Термодинамические и кинетические факторы агрегативной

В термодинамически неустойчивых (лиофобных) дисперсных системах агрегативная устойчивость носит кинетический характер. Судить о ней можно по скорости процессов, вызываемых избытком поверхностной энергии. При изотермической перегонке скорость массопереноса зависит, главным образом, от соотношения между размерами частиц, коэффициента диффузии, растворимости и температуры. В этом случае дисперсная среда представляет собой насыщенный раствор вещества дисперсной фазы.

Агрегативная устойчивость лиофобных систем по отношению к коагуляции определяется скоростью коагуляции, интенсивностью броуновского движения, свойствами поверхностных слоев, окружающих частицу. По природе этих слоев и механизму их отталкивающего действия классифицируют факторы устойчивости. При сохранении размера поверхности основными факторами, обеспечивающими устойчивость дисперсных систем будут те, которые снижают поверхностное натяжение. Эти факторы относят к термодинамическим. Они уменьшают вероятность эффективных соударений между частицами, создают потенциальные барьеры, замедляющие или исключающие коагуляции. Чем меньше σ, тем ближе система к лиофильной, термодинамически неустойчивой.

В основе термодинамической агрегативной устойчивости лежит представление о расклинивающем давлении, введенное Б.В.Дерягиным в 1935 г.

Расклинивающее давление возникает в тонком слое дисперсной среды в результате сближения поверхностных слоев дисперсной фазы. Этот тонкий слой дисперсной среды называется пленкой. При сильном сближении поверхностные слои могут перекрываться, и в этом случае расклинивающее давление вызывает отталкивание частиц дисперсной фазы. Расклинивающее давление – это давление, которое нужно приложить к пленке, чтобы сохранить её равновесную толщину.

Расклинивающее давление в пленке толщиной h будет равно

где Р – давление в пленке,

Р_о – гидростатическое давление в дисперсной среде, окружающей пленку.

Расклинивающее давление имеет две составляющие:

1). Положительная составляющая обусловлена силами отталкивания частиц дисперсной фазы, вызывает увеличение толщины пленки.

2). Отрицательная составляющая обусловлена силами притяжения между молекулами и атомами частиц. Она вызывает сжатие пленки. Силы притяжения могут быть близкодействующими на расстоянии нескольких нм (ковалентные силы притяжения) и дальнодействующие (от 1 до 100 нм) - металлическая связь, силы Ван-дер-Ваальса.

Кинетические факторы, снижающие скорость коагуляции, связаны с гидродинамическими свойствами среды, а именно, с замедлением движения частиц, с повышением вязкости, с замедлением разрушения прослоек, окружающих частицу.

Отмечают 6 основных термодинамических и кинетических факторов устойчивости дисперсных систем:

1. Электростатический фактор. Заключается в уменьшении межфазного натяжения вследствие возникновения ДЭС на поверхности в соответствии с уравнением Липмана

(9.2)

2. Адсорбционно – сольватный фактор. Состоит в уменьшении межфазного натяжения за счет адсорбции ионов, атомов и молекул на поверхности дисперсной фазы согласно уравнению Гиббса

(9.3)

3. Энтропийный фактор. Сущность его состоит в стремлении дисперсной фазы к равномерному распределению по объему (броуновское движение). Этот фактор дополняет первые два и действует в ультрамикрогетерогенных системах.

4. Структурно – механический фактор. На поверхности частиц имеются пленки, обладющие упругостью и механической прочностью; чтобы их разрушить нужны дополнительная энергия и время.

5. Гидродинамический фактор снижает скорость коагуляции благодаря изменению вязкости среды и плотности дисперсной фазы.

6. Смешанные факторы характерны для реальных систем. Высокая устойчивость дисперсных систем наблюдается при совокупности термодинамических и кинетических факторов.

Дата добавления: 2014-01-11