Лиофобные дисперсные системы. Конденсация. Растворение. Флокуляция. Лекция 13

Устойчивость лиофобных систем
Устойчивость коллоидных систем – постоянство их свойств во времени:
Дисперсности;
Распределения по объему частиц дисперсной фазы;
Межчастичного взаимодействия.
Коагуляция – слипание и слияние частиц. В более узком смысле коагуляция – процесс слипания частиц. Слияние частиц – коалесценция.
Гетерокоагуляция – слипание частиц различной природы.
Адагуляция – взаимодействие частиц дисперсной фазы с макроповерхностями.
Флокуляция – образование агрегатов из нескольких частиц, разделенных прослойками среды.
Пептизация – обратный процесс образования устойчивой дисперсной системы из осадка или геля (структурированной дисперсной системы).

Процессы в дисперсных системах
Истинный раствор
Устойчивая дисперсная система
Флокулы (агрегаты, разделенные жидкими прослойками)
Коагуляционно- тиксотропные системы
Грубые дисперсии
Конденсационно-кристаллизационные структуры
конденсация
растворение
Флокуляция
Пептизация
Частицы разделены жидкими прослойками
Коагуляционное структурообразование
Разрушение структуры
диспергирование
Конденсационное структурообразование
дисперги-рование
Коалесценция жидкости и газа, агрегация твердых тел
Частицы находятся в непосредственном контакте
коагуляция
диспергирование и стабилизация
Устойчивость коллоидных систем

Устойчивость лиофобных систем
Агрегативная устойчивость нестабилизированных лиофобных систем носит кинетический характер.
Лиофобные стабилизированные системы термодинамически устойчивы к коагуляции. Они могут быть выведены из этого состояния при нарушении стабилизации. Системы, термодинамически устойчивые к коагуляции, остаются термодинамически неустойчивыми к изотермической перегонке.

Изотермическая перегонка
Зависимость растворимости от размера частиц:
Изотермическая перегонка – процесс переноса вещества от мелких частиц к крупным, вызванный большей растворимостью мелких частиц.
- уравнение Кельвина

Изотермическая перегонка
Имеют высокую энергию активации;
Энергия активации для твердых частиц выше, чем для жидких

Изотермическая перегонка

Стабилизация дисперсных систем
Агрегативная устойчивость нестабилизированных лиофобных систем носит кинетический характер.
Лиофобные стабилизированные системы термодинамически устойчивы к коагуляции. Они могут быть выведены из этого состояния при нарушении стабилизации. Системы, термодинамически устойчивые к коагуляции, остаются термодинамически неустойчивыми к изотермической перегонке.

Факторы стабилизации дисперсных систем

Факторы стабилизации дисперсных систем
В реальных системах часто действует комбинация различных факторов.
Термодинамические факторы уменьшают вероятность эффективных столкновений, создают потенциальные барьеры, замедляющие или предотвращающие процесс коагуляции.
Чем меньше поверхностное натяжение, тем ближе система к термодинамически устойчивой. Однако снижение поверхностного натяжения в агрегативно неустойчивой системе необязательно ведет к снижению скорости коагуляции!!!

Кинетика коагуляции лиофобных систем
Измерения – через одинаковый промежуток времени после введения порции электролита
Быстрая коагуляция: все столкновения эффективны, снят потенциальный барьер
В концентрированных системах переход из одной области в другую сопровождается изменением объемных свойств (напр., вязкости).

Кинетика коагуляции лиофобных систем
r
x
Rп

Кинетика коагуляции лиофобных систем
- уравнение Смолуховского

Кинетика коагуляции лиофобных систем
1

Кинетика коагуляции лиофобных систем

Кинетика коагуляции лиофобных систем

Кинетика коагуляции лиофобных систем

Кинетика коагуляции лиофобных систем
Теория Мюллера
Усовершенствование теории Мюллера: рассматриваются полидисперсные коллоидные системы.
Основные выводы:
Полидисперсные системы коагулируют быстрее, чем монодисперсные. Обоснование: крупные частицы выступают в роди зародышей коагуляции.
Плоские частицы коагулируют с той же скоростью, что и сферические;
Частицы-палочки должны коагулировать быстрее.

Аэрозоли
Классификация аэрозолей
Особенности аэрозолей
Отсутствие эффективных путей стабилизации – принципиальная лиофобность. Устойчивость – исключительно кинетическая.
Размер частиц дисперсной фазы сопоставим с длиной свободного пробега молекул.
Высокая скорость изотермической перегонки и коагуляции вследствие высоких коэффициентов диффузии и низкой вязкости газов.
Размер частиц в большинстве аэрозолей - 10-5..10-3 см. Более крупные оседают, мелкие – коагулируют.

Аэрозоли
Молекулярно-кинетические свойства аэрозолей
Радиус частицы
Радиус молекулы
Концентрация газа

Аэрозоли
Молекулярно-кинетические свойства аэрозолей

Аэрозоли
Электрические свойства аэрозолей

Аэрозоли
Применение аэрозолей
Постановка дымовых завес;
Применение отравляющих веществ;
Применение ядохимикатов;
Аэрозольные лекарственные формы;
Бытовая химия;
Очистка воздуха и газовых смесей
Разрушение аэрозолей
Распыление концентрированных растворов гигроскопических веществ (CaCl2) или твердых частиц (AgI – имеет кристаллографическое сходство со льдом, CO2);
Электрофильтры: зарядка частиц аэрозоля с последующим электрофорезом;
Фильтры с очень извилистыми порами (фильтры Петрянова (HEPA-фильтры))

Пены
Классификация систем г/ж
Системы г/ж
Газовые эмульсии
Пены (содержание газа – более 70% об.)
Строение пенной ячейки
Идеализированная структура – пентагональный додекаэдр. Не может непрерывно заполнять пространство.
Правила Плато:
Три пленки образуют канал.
Четыре канала образуют вершину.
Сечение канала – треугольник с вогнутыми сторонами, давление в нем понижено по сравнению с давлением в ячейках
Кратность пены – отношение объема пены к объему содержащейся в ней жидкости