АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

Основные положения теории устойчивости лиофобных систем (ДЛФО)

Основная проблема теории устойчивости дисперсных систем заключается в определении конкретных причин и механизма объединения отдельных дисперсных частиц в более крупные агрегаты и в выяснении факторов, которые препятствуют их агрегированию. Такую теорию детально разработали для лиофобных золей Б.В. Дерягин и Л.Д. Ландау и Э.Фервей и Т.Овербек.

Центральное место в теории ДЛФО занимает расчет сил, действующих на твердые частицы, которые разделены тонкой пленкой раствора электролита. Основное упрощающее положение теории ДЛФО – на частицы действуют только две силы. Одна сила (fd) – взаимное притяжение частиц; эта сила создается дисперсионными взаимодействиями. Другая сила (fe) – электрическое отталкивание частиц, которое возникает при одинаковом знаке электростатического заряда. В зависимости от соотношения этих сил в тонкой прослойке жидкости между сближающимися частицами возникает либо положительное, либо отрицательное расклинивающее давление, которое влияет на дальнейшее поведение коллоидного раствора.

1. Если преобладает сила притяжения , то возникающее расклинивающее давление имеет отрицательный знак. В этом случае дисперсные частицы сближаются, между ними возникает контакт, и они объединяются в более крупный агрегат (коллоидный «димер»). Таким образом, в этом случае элементарный акт процесса коагуляции может состояться.

2. Если преобладает электростатическое отталкивание , возникает положительное расклинивающее давление и частицы не могут вступить в непосредственное соприкосновение, и коагуляция золя не происходит.

Таким образом, в качестве основного фактора термодинамической устойчивости дисперсной системы в теории ДЛФО принимают электростатическое отталкивание дисперсных частиц.

Энергия дисперсионного взаимодействия (Ud, Дж/м2), отнесенная к единице площади поверхности дисперсной частицы, определяется уравнениями Гамакера:

(1)

где - сложная константа Гамакера, которая вычисляется квантово-статистическим путем. Она слагается из отдельных констант, характеризующих когезионное и адгезионное взаимодействие. h – расстояние между частицами.

Величина Ue определяется уравнением: (2)

Здесь (3)

параметр Дебая – величина, обратная толщине ионной атмосферы.

(4)

Значение изменяется от 0 до 1 с ростом

Полная энергия U взаимодействия дисперсных частиц представляет алгебраическую сумму энергий притяжения и отталкивания: U = Ud + Ue. После подстановки уравнений (1) и (2) получаем:

(5)

Графически зависимость U = f(h), соответствующая уравнению (5) показана на рис. 1.

Рисунок 1. Изменение энергии (U) тонкой пленки электролита в зависимости от ее толщины (h).

Анализ уравнения (5) и графика U = f(h) на рис. 1 позволяет выделить три случая поведения дисперсной системы в зависимости от высоты энергетического барьера (UМ) и глубины потенциальной ямы (UN) на больших расстояниях.

1. Этот случай соответствует агрегативной неустойчивости коллоидного раствора и при достаточной глубине первого минимума на кривой U = f(h) происходит ближнее взаимодействие частиц, в результате чего наступает необратимая коагуляция.

2. В этом случае частицы не могут сблизиться на достаточно малое расстояние, необходимое для коагуляции; поэтому дисперсная система будет устойчива.

3. Здесь происходит так называемое дальнее взаимодействие. При этом устанавливается своеобразная гибкая связь – две частицы не могут ни разойтись, ни приблизиться вплотную и продолжают

существовать в виде «пары», совершающей совместное броуновское движение, а также колебания вдоль связи.

Снижение энергетического барьера в присутствии электролита может идти по двум механизмам: нейтрализационному и концентрационному. Нейтрализационный механизм коагуляции осуществляется в коллоидных системах, содержащих слабо заряженные частицы. Концентрационный механизм реализуется в системах, содержащих сильно заряженные дисперсные частицы и протекает вследствие сжатия диффузной части двойного электрического слоя (потенциал поверхности в этом случае не меняется). При электролитной коагуляции по концентрационному механизму порог коагуляции ск в соответствии с правилом Дерягина-Ландау обратно пропорционален заряду z противоионов в шестой степени:

(6)

Из этого выражения следует, что значения Vк (Vк =1/ск) для одно-, двух-и трехзарядных противоионов относятся между собой как 1:64:729, что согласуется с правилом Шульце-Гарди.

Дальнейшая разработка теории ДЛФО позволила найти аналогичную зависимость в случае нейтрализационной коагуляции, где показатель степени при z уменьшается до 2-2,5 (правило Эйлерса-Корфа).

Дата добавления: 2015-10-11 | Просмотры: 1471 | Нарушение авторских прав