АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

Структуры с фазовыми контактами. Периодические коллоидные структуры. Свойства и применение.

Структуры с фазовыми контактами. Определяющий признак фазовых контактов заключается в том, что их площадь значительно превышает молекулярные размеры и взаимодействие между частицами определяется силами когезии. По этим причинам прочность фазовых контактов гораздо выше, чем коагуляционных.

Фазовые контакты делятся на две группы: конденсационные и кристаллизационные.

Конденсационные структуры образуются при выделении твердых аморфных частиц из переохлажденных расплавов или из пересыщенных растворов. Термин «конденсационный» используется по аналогии с названием соответствующих методов получения дисперсных частиц.

Типичными представителями конденсационных дисперсных систем являются неорганические гели - силикагели и алюмосиликаты. Силикагели образуют аморфную фазу при реакции силиката натрия с кислотой.

Образующийся золь кремниевой кислоты после коагуляции образует гель. Благодаря пересыщению дисперсионной среды (раствор Na2Si03) дисперсные частицы геля срастаются с образованием фазовых контактов. Этот процесс используют для приготовления некоторых катализаторов для переработки нефти.

Кристаллизационные структуры возникают в результате сцепления кристаллических дисперсных частиц. Типичный пример таких структур - поликристаллические металлы и минералы.

Поликристаллические структуры можно получать разными способами. Во многих случаях используют химические реакции между дисперсными частицами и жидкой дисперсионной средой. Примером может служить отверждение полугидрата гипса; при его контакте с водой идет реакция

CaS04 ∙ 1/2 Н20 + 1/2 Н20 = CaS04 ∙ 2Н20 с образованием дигидрата, который термодинамически устойчивее, чем полугидрат. Существенно, что при комнатной температуре растворимость дигидрата гипса в несколько раз меньше. Поэтому раствор, насыщенный по отношению к полугидрату, сильно пересыщен по отношению к дигидрату. В результате выделяются кристаллы дигидрата гипса. Вместе с дисперсными частицами полугидрата они образуют коагуляционную структуру. Далее кристаллы дигидрата гипса растут и постепенно возникает структура с кристаллизационными фазовыми контактами. Другой способ получения кристаллизационных структур заключается в спекании дисперсных частиц. Обычно этот процесс проводят при высоких температурах и давлениях, чтобы скорость спекания была достаточно высокой. Спекание широко используют в порошковой металлургии. С помощью этого процесса получают многие современные материалы, в том числе и композитные.

Периодические коллоидные структуры. При определенных условиях образуются высокоорганизованные коллоидные структуры, в которых дисперсные частицы расположены в определенном порядке относительно друг друга. Периодическое расположение структурных элементов свойственно кристаллам, поэтому периодические коллоидные структуры представляют собой квазикристаллы. Периодические коллоидные структуры распространены достаточно широко. Их роль особенно важна в биологии. Они, существуют в некоторых типах почв. Образование периодических структур объясняет теория устойчивости гидрофобных золей - теория ДЛФО. Одно из следствий этой теории состоит в том, что взаимодействие дисперсных частиц в коллоидном растворе определяет соотношение между высотой потенциального барьера, обусловленного электрическим отталкиванием, и глубиной потенциальных ям на графике зависимости энергии взаимодействия от расстояния между частицами. В данном случае основную роль играет соотношение этих факторов в дальнем минимуме. Если его глубина велика (намного больше тепловой энергии квТ), то при любой высоте потенциального барьера реализуется дальнее взаимодействие двух дисперсных частиц на расстоянии 2h друг от друга; это расстояние составляет примерно 100 нм. Частицы, оказавшиеся в этих потенциальных ямах, уже не могут сблизиться или удалиться друг от друга. Однако к этой «зародышевой» паре могут присоединяться (на таком же удалении) другие дисперсные частицы.

Приведем несколько примеров периодических коллоидных структур.

Слои Шиллера. Эти слои представляют собой коагуляционные осадки пластинчатых частиц, например оксидов железа и ванадия. Строение слоев можно регулировать добавлением электролитов. Увеличение их концентрации ведет к уменьшению «периода» структуры, т.е. среднего расстояния между слоями (в соответствии с теорией ДЛФО). Слои Шиллера возникают также в золях, которые находятся в зоне действия других внешних полей: центробежного, электрического, магнитного.

Тактоиды. Это анизотропные стержнеобразные агрегаты дис-персных частиц. Такие агрегаты образуются при достаточно высокой концентрации золей, частицы которых сами имеют анизотропную форму. Таковы, например, золи Fe(OH)3 и биоколлоидные частицы (некоторые вирусы и бактерии). Дисперсные коагуляционные структуры, содержащие тактоиды, состоят из двух областей. Одна из них — это локальные участки («домены») с упорядоченной структурой, т.е. собственно тактоиды; другая -неупорядоченная дисперсная система.

Биконтинуальные дисперсные системы. Периодические коллоидные структуры образуются не только при коагуляции золей, но и в результате других коллоидно-химических процессов. Примером может служить набухание глины в водных растворах щелочных металлов. В результате возникает периодическая биконтинуальная дисперсная система, в которой твердые дисперсные частицы и жидкие пленки имеют толщину в интервале наноразмеров.

Кольца и слои Лизеганга. Этот тип периодической коллоидной структуры был открыт Р.Лизегангом на гелях желатины. Раствор желатины с добавлением небольшого количества дихромата калия наливали тонким слоем на стеклянную пластинку, на которой через некоторое время формировался гель. На его поверхность наносили каплю концентрированного раствора соли серебра. Далее вокруг места нанесения капли появлялись концентрично расположенные кольца дихромата серебра.

Дата добавления: 2015-10-11 | Просмотры: 1016 | Нарушение авторских прав