Dispergeeritud süsteemide stabiilsus ja koagulatsioon. Kolloidlahuste stabiilsus Ebastabiilses kolloidsüsteemis valitsevad tõmbejõud

Peamine loodusliku ja heitvee puhastamise meetod peentest, emulgeeritud, kolloidsetest ja värvilistest lisanditest (rühmad 1 ja 2) on koagulatsioon ja flokulatsioon. Meetodid põhinevad dispergeeritud faasi osakeste agregeerimisel ja nende järgneval veest eemaldamisel mehaanilise settimisega.

Koagulatõhususe ja ökonoomsuse määrab hajutatud süsteemi stabiilsus, mis sõltub paljudest teguritest: dispersiooniaste, osakeste pinna iseloom, osakeste tihedus, elektrokineetilise potentsiaali suurus, kontsentratsioon, muude lisandite olemasolu reovees, näiteks elektrolüüdid, makromolekulaarsed ühendid.

Olemas erinevaid viise koagulatsiooni läbiviimine, mille otstarbekus sõltub teguritest, mis määravad süsteemide agregatiivse stabiilsuse.

Kolloidsüsteemide agregatiivne stabiilsus sõltub nende struktuurist.

Omades suurt eripinda, on kolloidosakesed võimelised adsorbeerima veest ioone, mille tulemusena omandavad kontaktfaasid vastupidise märgiga, kuid suuruselt võrdse laengu. Selle tulemusena ilmub pinnale kahekordne elektrikiht. Dispergeeritud tahke faasiga suhteliselt tugevalt seotud ioone nimetatakse potentsiaali määrav. Need neutraliseeritakse liigselt vastasioonid. Topeltkihi paksus vesilahustes ei ületa 0,002 mm.

Ioonide adsorptsiooni aste sõltub adsorbeerunud ioonide afiinsusest pinna suhtes, nende võimest moodustada mittedissotsieeruvaid pinnaühendeid. Sama valentsiga ioonide adsorbeerimisel suureneb adsorptsioonivõime iooni raadiuse ja vastavalt selle polariseeritavuse, s.o. võime tõmbuda kolloidosakese pinnale. Ioonide raadiuse suurenemisega kaasneb ka selle hüdratatsiooni vähenemine, tiheda hüdratatsioonikihi olemasolu takistab adsorptsiooni, sest vähendab iooni elektrilist vastasmõju kolloidosakese pinnaga.

Vastavalt kaasaegsetele ideedele elektrilise topeltkihi struktuuri kohta koosneb vastasioonkiht kahest osast. Üks osa külgneb liidese pinnaga ja moodustab adsorptsioonikihi, mille paksus on võrdne selle koostisosade hüdraatunud ioonide raadiusega. Teine osa vastasioonidest on difuusses kihis, mille paksus oleneb süsteemi omadustest ja koostisest. Üldiselt on mitsell elektriliselt neutraalne. Mitselli – kolloidosakese – struktuur on näidatud joonisel 1.1.

Potentsiaalide erinevust potentsiaali määravate ioonide ja kõigi vastasioonide vahel nimetatakse termodünaamiliseks φ-potentsiaaliks.

Osakeste laeng takistab nende lähenemist, mis määrab eelkõige stabiilsuse kolloidne süsteem. Üldiselt on kolloidsüsteemide stabiilsus tingitud laengu olemasolust graanulil, difusioonikihil ja hüdratatsioonikihil.

Joon.3.1. Mitsellide struktuur: Joon.3.2. Kahekordne elektriahel

I – mitselli tuum; kiht elektriväljas

II - adsorptsioonikiht; (I-II - graanul);

III - difusioonikiht;

IV - niisutav kest

Osakese liikumisel hajutatud süsteemis või elektrivälja rakendamisel jääb osa hajutatud kihi vastasioone hajutatud keskkonda ja graanul omandab potentsiaali määravate ioonide laengule vastava laengu. Seega osutuvad dispersioonikeskkond ja dispergeeritud faas vastandlikuks laenguks.

Potentsiaalide erinevust vastasioonide adsorptsiooni- ja difuusse kihi vahel nimetatakse elektrokineetiliseks ζ - potentsiaaliks (joon. 1.2).

Elektrokineetiline potentsiaal on elektrilise topeltkihi üks olulisemaid parameetreid. Väärtus ζ - potentsiaal on tavaliselt ühikutes ja kümnetes millivoltides, olenevalt faaside koostisest ja elektrolüüdi kontsentratsioonist. Mida suurem on väärtus ζ– potentsiaal, seda stabiilsem on osake.

Mõelge termodünaamiliste ja kineetilise stabiilsuse teguritele hajutatud süsteemid:

· Elektrostaatilise stabiilsuse tegur. Füüsikalise kineetika seisukohalt on süsteemi koagulatsiooni (selle agregatiivse ebastabiilsuse) peamiseks põhjuseks osakeste molekulaarne külgetõmme. Kui kolloidosakestele tekib ioonse iseloomuga adsorptsioonikiht, siis sarnase laenguga osakeste piisava lähenemise korral tekivad elektrostaatilised tõukejõud. Mida paksem on kahekordne elektrikiht, seda intensiivsem on sellest tulenev osakeste tõukejõud, seda suurem on energiabarjääri kõrgus ja seda vähem tõenäoline, et osakesed kleepuvad kokku. Seega sõltub kolloidsüsteemide stabiilsus ioonse stabilisaatori juuresolekul elektrilise kaksikkihi omadustest.

· Lahenduse stabiilsustegur. Tõrjuvad jõud võivad olla põhjustatud solvaatide (hüdraadi) kestade ehk nn piirfaaside olemasolust lähenevate osakeste pinnal, mis koosnevad ainult dispersioonikeskkonna molekulidest ja millel on erilised omadused. füüsikalised omadused. Mitselli tuum on vees lahustumatu ega ole seetõttu hüdraatunud. Tuuma pinnale adsorbeerunud ioonid ja elektrilise kaksikkihi vastasioonid on hüdreeritud. Tänu sellele tekib tuuma ümber ioonhüdraatkest. Selle paksus sõltub elektrilise kaksikkihi jaotusest: mida rohkem ioone on hajuskihis, seda suurem on hüdratatsioonikihi paksus.

· Stabiilsuse entroopia tegur. Tänu kolloidosakestele adsorbeerunud pindaktiivsete ainete molekulide segmentide termilisele liikumisele. Pindaktiivsete ainete molekulide või makromolekulaarsete ainete adsorptsioonikihtidega osakestele lähenemisel toimub adsorptsioonikihi entroopia tugev langus, mis takistab osakeste agregatsiooni.

· Konstruktsiooni-mehaaniline stabiilsustegur. Pindaktiivsete ainete adsorptsiooni-solvatatsioonikihid võivad olla struktuur-mehaaniline barjäär, mis takistab osakeste lähenemist. Geelitaoliste vastasioonide-stabilisaatorite kaitsekihtidel on suurenenud struktuurne viskoossus ja mehaaniline tugevus.

· Hüdrodünaamiline stabiilsustegur. Koagulatsioonikiirus võib väheneda keskkonna viskoossuse ning dispergeeritud faasi ja dispersioonikeskkonna tiheduse muutumise tõttu.

· Segatud tegurid reaalsetele süsteemidele kõige iseloomulikum. Tavaliselt tagavad agregatiivse stabiilsuse mitmed tegurid samaaegselt. Eriti suurt stabiilsust täheldatakse termodünaamiliste ja kineetiliste tegurite koosmõjul, kui koos pindadevahelise pinge vähenemisega ilmnevad ka osakeste vahekihtide struktuursed ja mehaanilised omadused.

Tuleb meeles pidada, et iga jätkusuutlikkuse tegur vastab konkreetsele meetodile selle neutraliseerimiseks. Näiteks elektrostaatilise teguri toime väheneb oluliselt, kui süsteemi sisestatakse elektrolüüdid, mis suruvad elektrilise topeltkihi kokku.

Solvatatsiooni solvatatsiooniteguri juures saab välistada dispergeeritud faasi osakeste lüofobeerimisega vastavate ainete adsorptsiooniga. Struktuur-mehaanilise teguri toimet saab vähendada ainete abil, mis vedeldavad ja lahustavad osakeste pinnal olevaid elastseid struktuurseid kihte.

Süsteemi destabiliseerumist võivad põhjustada erinevad põhjused, millest paljude tagajärjeks on hajuskihi kokkusurumine ja sellest tulenevalt ζ-potentsiaali väärtuse vähenemine. Difuusse kihi kokkusurumine vähendab ka ioonide hüdratatsiooni astet, isoelektrilises olekus (ζ = 0, mV) on südamikku ümbritsev hüdratatsioonikiht üliõhuke (10–10 m) ega kaitse mitselle kokkukleepumise eest. kokkupõrge, mille tulemusena algab osakeste agregatsioon.

Kolloidsüsteemide settestabiilsus (CS) - hajutatud süsteemi võime säilitada osakeste ühtlane jaotus kogu mahus) on tingitud kolloidsete dispersioonide Browni liikumisest ja hajutatud faasi osakeste difusioonist.

Süsteemi settestabiilsus sõltub kahe vastastikku vastandliku teguri toimest: gravitatsioon, mille mõjul osakesed settivad, ja difusioon, mille mõjul osakesed kipuvad ruumala ulatuses ühtlaselt jaotuma. Selle tulemusena tekib osakeste tasakaaluline difusioon-settejaotus piki kõrgust, sõltuvalt nende suurusest.

Difusioon aeglustub osakeste suuruse suurenemisega. Osakeste piisavalt kõrge dispersiooniastme korral põhjustab Browni liikumine difusiooniliikumisena kontsentratsioonide ühtlustumist kogu ruumala ulatuses. Mida väiksem on osake, seda kauem kulub tasakaalu saavutamiseks.

Osakeste settimiskiirus on võrdeline nende läbimõõdu ruuduga. Jämedalt hajutatud süsteemides on tasakaalu saavutamise kiirus suhteliselt kõrge ja tasakaal saavutatakse mõne minuti või tunni jooksul. Peendisperssetes lahustes on see väike ja tasakaalu hetkeni möödub aastaid või isegi kümneid aastaid.

Koagulatsiooni tüübid

IN kaasaegne teooria Deryagin, Landau, Verwey, Overbecki välja töötatud hajutatud süsteemide koagulatsioon (DLVO teooria), süsteemi stabiilsuse aste määratakse molekulaar- ja elektrostaatiliste jõudude tasakaalust. Koagulatsiooni on kahte tüüpi:

1) keskendumine, mille puhul osakeste stabiilsuse kaotus on seotud topeltkihi kokkusurumisega;

2) neutraliseerimine (koagulatsioon elektrolüütidega), kui koos topeltkihi kokkusurumisega väheneb potentsiaal φ 1.

Kontsentratsiooni koagulatsioon on iseloomulik kõrgelt laetud osakestele kõrge kontsentratsiooniga elektrolüütide lahustes. Mida suurem on DES-i potentsiaal φ 1, seda tugevamini tõmbuvad vastasioonid osakeste pinnale ja sõeluvad nende olemasolu tõttu elektrivälja kasvu. Seetõttu ei suurene φ 1 suurte väärtuste korral osakeste vahelised elektrostaatilised tõukejõud lõputult, vaid kalduvad teatud piirini. See piir saavutatakse, kui φ 1 on suurem kui 250 mv. Siit järeldub, et suure φ 1 -potentsiaaliga osakeste vastastikmõju ei sõltu selle potentsiaali suurusest, vaid selle määrab ainult vastasioonide kontsentratsioon ja laeng.

Kui elektrolüüdi kontsentratsioon suureneb, väärtus ζ - potentsiaal (DP) väheneb ja φ 1 praktiliselt säilitab oma väärtuse (joon. 3.3).

Süsteemi agregatiivne stabiilsus/ebastabiilsus sõltub osakeste kokkupuute võimalusest; Selleks, et osakesed kokkukleepuksid, peavad nad lähenema üksteisele teatud vahemaa võrra. Agregatiivse stabiilsuse teoorias on tuntud kui DLVO teooria(teooria autorite nimede esitähed: B. V. Deryagin ja L. D. Landau, Venemaa ning E. Verwey ja J. T. Overbeck, Holland), peetakse. atraktiivsete ja tõrjuvate jõudude kombineeritud toime osakeste vahel.

Ajalooline kõrvalepõige

Boriss Vladimirovitš Derjagin on silmapaistev teadlane, kes on andnud hindamatu panuse peaaegu igasse kolloidkeemia harusse. Savisuspensioonide omadusi uurides avastas ta, et üksikute suspensiooniosakeste vahele jäävatel õhukestel veekihtidel on omadused, mis erinevad puistevee omadustest, sealhulgas eralduv rõhk, mis takistab osakeste lähenemist. Tõmbe- ja tõukejõudude ühine arvestamine selgitas süsteemi stabiilsust. Need uuringud koos kvantitatiivsete arvutuste ja stabiilsuskriteeriumi kindlaksmääramisega avaldas B. V. Deryagin koos Lev Davidovitš Landauga mitmes teaduslikud artiklid 1935-1941; välismaal nende teoste kohta teada palju hiljem.

Hollandi teadlased E. Vervey ja J.T. Overbek tegi selles vallas ka uurimistööd. E. Fairway kaitses 1934. aastal väitekirja elektrilise kaksikkihi ja lüofoobsete kolloidide stabiilsuse uurimisest. Hiljem avaldas ta artikliseeria, milles käsitletakse elektrijõudude ja Londoni-van der Waalsi jõudude toimet kolloidosakeste vahel elektrolüüdilahuses. Ja 1948. aastal ilmus koostöös Overbeckiga tema monograafia "Lüofoobsete kolloidide stabiilsuse teooria".

Teadusliku prioriteedi küsimus seoses teooria loomisega lahendati kõigi nelja autori teenete tunnustamisega.

Tõmbejõud - need on molekulidevahelise interaktsiooni jõud (London-van der Waalsi jõud). Üksikute aatomite vahel tekkivad tõmbejõud avalduvad aatomimõõtmete suurusjärgus väga väikestel vahemaadel. Kui osakesed interakteeruvad, avaldub dispersioonijõudude liitlikkuse tõttu osakestevaheline külgetõmme palju suurematel vahemaadel. Tõmbeenergia on pöördvõrdeline osakeste vahelise kauguse ruuduga:

tõrjuvad jõud osakeste vahel on elektrostaatilise iseloomuga. Elektrostaatiline tõukeenergia, mis tekib hajuvate kihtide kattumisel, väheneb kauguse suurenedes eksponentsiaalselt:

Ülaltoodud tõmbe- ja tõukeenergiate valemites A* - Gamaxra konstant; X - osakeste vaheline kaugus; e on dispersioonikeskkonna läbitavus; e ° \u003d 8,85 K) 12 F / m - elektriline konstant; (p^ on hajutatud kihi potentsiaal; A. on elektrilise topeltkihi (DEL) hajuskihi paksus.

DEL-i struktuuri, sealhulgas adsorptsiooni- ja difuuskihtide kohta lisateabe saamiseks vaadake lõiku 4.3.

Ahvatlevatele energiatele omistatakse miinusmärk, tõrjuvatele energiatele plussmärk. Tõmbe- ja tõukeenergiat käsitletakse DLVO teoorias osakeste vahelise eraldusrõhu komponentidena. Tõmbe- ja tõukeenergia toime sõltuvalt osakeste vahelisest kaugusest on näidatud joonisel fig. 4.2.

Riis. 4.2.

Saadud koguenergia kõveral joonisel fig. 4.2 võib jagada kolmeks valdkonnaks.

Krunt a. Väikestel vahemaadel kolloidosakeste vahel (kuni 100 nm) domineerivad tõmbejõud, tekib energiakaev või energiamiinimum lähedane. Kui osakesed jõuavad sellisele kaugusele lähedale, toimub koagulatsioon tõmbejõudude mõjul. Koagulatsioon on sellistel juhtudel pöördumatu.

Krunt b. Keskmistel vahemaadel on elektrostaatilised tõukejõud suuremad kui molekulidevahelise tõmbejõud, tekib energiamaksimum - potentsiaalbarjäär, mis takistab osakeste kokkukleepumist; barjääri kõrgus sõltub pinnalaengust ja hajuskihi paksusest.

Kui potentsiaalbarjäär on kõrge, ei suuda osakesed seda ületada, siis koagulatsiooni ei toimu. Barjääri ületamise võimalused määrab selle vähenemine (pinnalaengu ja osakestevaheliste tõukejõudude vähenemine, näiteks kokkupuutel elektrolüüdiga) või osakeste energia suurenemine (kuumenemine).

Elektrolüütide mõju elektrilise topeltkihi struktuurile käsitletakse punktis 4.3.3.

Lisaks lähenevad osakesed atraktiivsete jõudude mõjul üksteisele ja toimub koagulatsioon. Kui osakesed ei suuda barjääri ületada, siis koagulatsiooni ei toimu ja süsteem suudab säilitada agregatiivse stabiilsuse pikka aega.

Krundi sisse Suhteliselt suurtel vahemaadel (umbes 1000 nm) valitsevad ka tõmbejõud, mis moodustavad nn. kaugelt miinimum. Kaugmiinimumi sügavus on iga süsteemi puhul individuaalne. Vähesel määral takistab osakeste lähenemist potentsiaalne barjäär.

Kui kaugem miinimum on piisavalt sügav, siis ei suuda osakesed lähenedes potentsiaalist hästi lahkuda ja jääda tasakaaluolekusse üksteisest sobival kaugusel, säilitades oma individuaalsuse.

Suure potentsiaaliga barjääri olemasolu takistab osakeste lähemat lähenemist ja nende vahele jääb vedelikukiht. Süsteem tervikuna säilitab dispersiooni, mis kujutab endast lahtist setet - koagulanti või flokulanti. See seisund vastab koagulatsiooni pöörduvusele; süsteemi on võimalik üle viia soololekusse (peptiseerimine).

« Peptiseerimine on üks hajutatud süsteemide saamise meetodeid, vt punkt 2.4.

Dispergeeritud faasi kõrge kontsentratsiooni korral võib tekkida struktureeritud süsteem – geel.

Struktureeritud süsteemide omadusi käsitletakse üksikasjalikumalt jaotises 9.4.

Kokkuvõte

Süsteemi agregatiivne stabiilsus (resistentsus koagulatsioonile) määrab suuresti kohalolek elektrilaeng pinnal.

• Vetvey E. J., Overbeek J. Th. G. Lüofoobsete kolloidide stabiilsuse teooria. N.Y.: Elsevier, 1948.

Magnetvedelik, mis sisaldab suure hajutusega magnetilisi materjale (raud, koobalt, magnetiit, ferriidid jne) osakeste suurusega 50-200 E dispergeeritud faasina, vedelaid süsivesinikke, silikooni ja mineraalõlisid, vett, fluororgaanilist ainet dispersioonikeskkonnana ühendeid jne võib liigitada kolloidlahusteks või soolteks.

Kolloidsüsteemide stabiilsus on kolloidkeemia keskne probleem ja selle lahendamisel on suur praktiline tähtsus geoloogias, põllumajanduses, bioloogias ja tehnoloogias. Kasutades kaasaegse stabiilsusteooria põhimõisteid, vaatleme lühidalt magnetvedelike stabiilsuse tingimusi.

On vaja eristada agregatiivset stabiilsust, st osakeste vastupidavust agregatsioonile, ja settestabiilsust - vastupidavust gravitatsiooniliste magnet- ja elektriväljade, tsentrifugaaljõudude jne mõjudele.

Sedimentatsioon seisneb dispergeeritud faasi osakeste vabas settimises raskusjõu toimel, mille tulemusena muutub dispergeeritud osakeste kontsentratsioon dispersioonikeskkonna mahus sõltuvalt kihi kõrgusest, süsteem kihistub ja moodustub väga kontsentreeritud sade. Ühelt poolt takistab dispersioonikeskkonna viskoosne takistusjõud (Stokesi jõud) osakeste vaba settimist ja teisest küljest osakeste difusiooniliikumist, kuid sel juhul peab osakeste suurus olema väike. piisavalt, et tagada nende Browni soojusliikumine. Sette stabiilsuse tingimus on settimiskiiruse väiksus võrreldes Browni liikumise kiirusega. Eelkõige petrooleumil, vees ja mineraalõlil põhinevate magnetiliste vedelike puhul, kasutades vastavalt magnetiiti ferrofaasina, saadi järgmised väärtused maksimaalsed mõõtmed osakesed: d = 8 10 -6 m, d = 7 10 -6 m ja d = 20 10 -6 m.

Kolloidsüsteemide agregatiivse stabiilsuse määrab osakeste vaheline tõuke- ja külgetõmbejõudude tasakaal. Tõmbejõud on Londoni jõud ja tõukejõud on elektrostaatilised või steerilised tõukejõud.

Selle põhjuseks on asjaolu, et oma väiksuse tõttu on kolloidosakesed ühedomeenilised ja neil on oma magnetmoment. Magnetosakeste vaheline interaktsioon viib nende kokkukleepumiseni agregaatideks, mis lõpuks viib magnetosakeste settimiseni. Lisaks tekivad osakeste üksteisele lähenemisel Londoni jõud, mis viivad ka osakeste kokkukleepumiseni. Osakeste koagulatsiooni vältimiseks on nende pind kaetud pikkade ahelstruktuuriga pindaktiivsete ainete molekulide kihiga. PAB-molekulide kest ei lase osakestel üksteisele läheneda, kuna selle kokkusurumisel tekivad tõukejõud. Ja lõpuks, osakeste vahel toimivad elektrostaatilised jõud, mis tekivad osakesi ümbritsevate kahekordsete elektrikihtide koosmõjul. Vastupidavus osakeste agregatsioonile ja koagulatsioonile määrab kolloidsüsteemide agregatiivse stabiilsuse ja sõltub ferromagnetiliste osakeste vahel mõjuvate jõudude tasakaalust – tõmbejõududest (van der Waalsi jõud, dipool-dipooli vastastikmõju ja magnetjõud) ja tõukejõududest (elektrijõud) ja steeriline olemus). Eespool nimetatud jõudude olemust ja intensiivsust on üksikasjalikult käsitletud mitmes artiklis.

Elektrostaatiline tõrjumine on tingitud ioonidest koosnevate topeltelektriliste kihtide olemasolust vedelas keskkonnas hajutatud osakeste pinnal.

Kuna vaadeldavad vedelikud on kolloidsed süsteemid, kehtivad nende puhul kolloidkeemia seadused. Oluline omadus ja peamine erinevus magnetiliste vedelike (MF) ja tavapäraste kolloidsüsteemide vahel on nende magnetilised omadused. Ja seetõttu tuleb lisaks peamistele osakeste vastastikuse mõju jõududele (Londoni külgetõmbejõud, elektrostaatilise ja steerilise tõrjumise jõud) arvestada ka magnetilise vastasmõju jõududega. Nende jõudude tasakaal või tõukejõudude ülekaal tagab kolloidsüsteemi stabiilsuse. Stabiilsus on magnetvedelike üks olulisemaid omadusi ja määrab suurel määral nende eduka kasutamise võimaluse. Stabiilsuse all mõistetakse magnetvedelike osakeste võimet mitte agregeeruda ja säilitada, vaid teatud aja jooksul konstantsena oma füüsikalisi, keemilisi ja magnetilisi omadusi. Veelgi enam, see aeg, nagu iga kolloidsüsteemi puhul, sõltub peamiselt hajutatud faasi osakeste suurusest, keemiline koostis ja kolloidi füüsikalised omadused, välised tingimused(nt temperatuurid, väärtused magnetväli jne) ja võib varieeruda mõnest sekundist mitme aastani.

Kolloidis olevad magnetosakesed on oma väiksuse tõttu ühedomeenilised ja ülimittemagnetilised, see tähendab, et nad on ühes suunas täielikult magnetiseeritud ja nende magnetilist vastasmõju võib ligikaudu kirjeldada kui punktdipoolide vastasmõju.

Pika ahelaga molekulide kihiga kaetud osakeste vahel tekib nende kokkupuutel tõrjuv jõud, mida nimetatakse steeriliseks. Steeriline tõrjumine tekib pikkade polümeeri molekulide (pindaktiivsete ainete) kohaliku kontsentratsiooni suurenemise tõttu adsorptsioonikihtide ristumispiirkonnas (osmootne efekt).

Selleks, et magnetosakeste adsorptsioonikiht ei häviks, on vajalik, et steerilised tõukejõud ületaksid dipool-dipool vastastikmõju jõude.

Adsorptsioonikihi piisav tugevus ei tähenda aga veel koagulatsiooni puudumist, kuna kaks adsorptsioonikihiga 2e eraldatud osakest võivad magnetiliste külgetõmbejõudude abil koos hoida. Sellist aglomeraati võib osakeste soojusliikumine hävitada. Kuna solvatatsioonikihi paksuse suurenemisega suureneb osakeste vaheline kaugus, väheneb dipool-dipool interaktsiooni energia ja seega ka mõju suureneb. termiline liikumine osakesed nende agregeerimiseks.

Solvaadi kesta paksus, mis takistab osakeste agregatsiooni, võttes arvesse nende soojusenergiat ja dipool-dipool vastastikmõju, sõltub temperatuurist, osakeste suurusest ja nende magnetilistest omadustest. Spetsiaalselt toatemperatuuril magnetilise magnetiidi osakeste jaoks:

e on pindaktiivse aine molekulide pikkus.

Kui oleiinhapet (d = 20?) kasutatakse magnetiidiosakeste pindaktiivse ainena, siis tingimus d cr<<д говорит о том, что в этом случае от коагуляции будут защищены частицы, диаметр которых существенно меньше 190Е. С другой стороны, очень малые частицы (10-20Е) теряют свои магнитные свойства вследствие малости энергии обменного взаимодействия по сравнению с тепловой энергией. Поэтому наиболее приемлемым, с точки зрения агрегативной устойчивости, является размер частиц магнетита 40-160Е, а применение поверхностно-активных веществ с большей, чем у олеиновой кислоты, длиной молекул, обеспечит стабилизацию более крупных частиц магнетита.

Seega määrab MF-i stabiilsuse dispergeeritud faasi osakeste vahelise kõigi võimalike interaktsioonitegurite (molekulidevahelised, magnetilised, struktuur-mehaanilised ja polaarsete meediumite puhul elektrostaatilised) tasakaalu. Kui tõmbejõudude üle domineerivad tõukejõud, on süsteem stabiilses olekus. Vastasel juhul kipub süsteem kolloidset struktuuri hävitama.

Seega saab MF-i käitumist ennustada, liites tõrjuva energia (polaarsete keskkondade elektrostaatiline ja pindaktiivsete ainete tõttu) magnetilise ja molekulidevahelise tõmbeenergiaga. Positiivne liitmise tulemus viitab tõukejõudude ülekaalule, millest võime järeldada, et süsteem on stabiilne. Negatiivne tulemus viitab sellele, et süsteem on kineetiliselt ebastabiilne. Kõige eelneva põhjal võib järeldada, et MF-kolloidlahuse optimaalseim variant on järgmine süsteem: magnetosakesed suurusega 50–200 E, mis on kaetud pindaktiivse aine kihiga ja jaotatud vedelas keskkonnas, mis ei sisalda madalmolekulaarseid aineid. kaalu elektrolüüdid. Just sel juhul on elektrostaatilised tõukejõud minimaalsed, molekulidevahelised ja magnetilised külgetõmbejõud minimaalsed ning struktuur-mehaaniline tegur stabiliseerib süsteemi kõige tõhusamal viisil ning MF tervikuna on seega kõige stabiilsem kolloidsüsteem ajas, ruumis, gravitatsiooni- ja elektromagnetväljas.

ioon, samas määratakse sise- ja molekulaarsüsteemid

3. KOLLOIDSÜSTEEMIDE HETEROGEENSUS KUI PEAMISE ERINEVUS MOLEKULAARSUSTEST

Oleme juba öelnud, et agregatiivne ebastabiilsus on kolloidsüsteemide eripära. Sellel kolloidsüsteemide omadusel on suur praktiline tähtsus. Poleks liialdus väita, et tootmisprotsessi, milles kolloidsüsteemid toimuvad, tehnoloogi põhiülesanne on kas süsteemi agregatiivse stabiilsuse säilitamine või, vastupidi, teadaolevate hüübimistingimuste tagamine.

Agregatiivne ebastabiilsus on kolloidkeemia keskne probleem ning juba kursuse alguses tuleb vähemalt kõige üldisemal kujul läbi mõelda, mis põhjustab kolloidsüsteemide agregatiivset ebastabiilsust ja miks paljud kolloidsüsteemid, vaatamata nende fundamentaalsele agregatsioonile. ebastabiilsus, eksisteerivad väga pikka aega. Kolloidsüsteemide ebastabiilsuse põhjuseid saab selgitada kahest vaatenurgast – termodünaamilisest ja kineetilisest.

Termodünaamika järgi on kolloidsüsteemide agregatiivne ebastabiilsus tingitud piisavalt suurest ja alati positiivsest vaba pinnaenergiast, mis on koondunud süsteemi liidese pinnale. Kuna pinnaenergia kujutab endast vaba energiat ja kuna kõik vaba energia ülejäägiga süsteemid on ebastabiilsed, määrab see kolloidsüsteemide koagulatsioonivõime. Koagulatsiooni käigus kleepuvad osakesed kokku, samal ajal kaob vähemalt osaliselt pindade pind ja seega väheneb süsteemi vaba energia. Kuid Smolukhovsky ja hiljuti G. A. Martõnov juhtisid tähelepanu asjaolule, et süsteemi vaba energia vähendamiseks pole osakeste otsene kokkupuude vajalik. Vaba energia võib väheneda ka siis, kui osakesed ei puutu otseselt kokku, vaid lähenevad vaid teatud kaugusele, võimaldades neil omavahel suhelda läbi oma keskkonda eraldava kihi.

Tõepoolest, las

kus F on kogu süsteemi vaba pinnaenergia; st, % - liidese pind; f on vaba pinna erienergia.

F väärtus on liidese pinnaenergia fa summa, mis on määratud monokihi olekuga faasipiiril, ja vaba energia fv pinna lähedal, st f = fa + fv. Mahu-pinna panus fv on tingitud liidese lähedal olevate vedelikukihtide oleku muutumisest. Hoolimata asjaolust, et üldiselt fa ^ fv on süsteemi stabiilsus "enamikul juhtudel seotud just fv muutumisega, kuna tahketest osakestest agregaatide moodustumisel faasipiir tavaliselt ei kao. Seetõttu koagulatsiooni käigus /a väärtus jääb praktiliselt konstantseks ja fv muutub ning muutuse määr sõltub osakeste vahelise kauguse vähenemisest.Muidugi ei kehti see kõik emulsioonide kohta, kus toimub ühinemine ehk ühinemine osakesi algselt eraldava liidese pinna täielik kõrvaldamine.

Kuna suure eripinna ja suure vabaenergiaga kolloidsüsteemid on põhimõtteliselt mittetasakaalulised süsteemid, siis üldtuntud faasireegel nende puhul ei kehti. Sellised süsteemid kalduvad ilmselgelt alati tasakaaluolekusse, mis vastab süsteemi eraldamisele kaheks pidevaks faasiks minimaalse liidespinnaga, kuigi see tasakaal ei pruugi kunagi tekkida. Kolloidsüsteemide stabiilsuse või ebastabiilsuse põhjuste termodünaamiline tõlgendamine on äärmiselt lihtne. Kuid nagu iga termodünaamiline tõlgendus, on ka see seletus formaalne, st ei paljasta agregatiivse ebastabiilsuse omaduse olemust. Lisaks ei loo termodünaamika seost süsteemi vaba energia ja selle vahel, kui kaua süsteem võib püsida mittetasakaalus. Seetõttu on sel juhul kolloidsüsteemide agregatiivse ebastabiilsuse või stabiilsuse seletus füüsikalise kineetika seisukohast täielikum.

Kineetiliste kontseptsioonide kohaselt määrab kolloidse või mikroheterogeense süsteemi ebastabiilsuse või stabiilsuse selle üksikute osakeste vahel mõjuvate jõudude vahekord. Nende jõudude hulka kuuluvad kahte tüüpi jõud: sidusjõud ehk tõmbejõud, mis kipuvad osakesi üksteisele lähemale viima ja neist agregaadi moodustama, ja tõrjuvad jõud, mis takistavad koagulatsiooni.

Kohesiivsed jõud on tavaliselt samasugused kui molekulidevahelised (van der Waalsi) jõud. On oluline, et osakeste vahel mõjuvad jõud suureneksid väga kiiresti, kui osakesed lähenevad üksteisele.

Tõrjuvad jõud võivad olla elektrilised jõud, mis tulenevad ühe süsteemis oleva elektrolüüdi ioonide liidese pinna selektiivsest adsorptsioonist. Kuna hajutatud faasi osakesed on oma olemuselt identsed ja adsorbeerivad alati teatud iooni, omandavad nad kõik sama märgiga elektrilaengu ja kogevad vastastikust tõrjumist, mis ei lase neil läheneda sellistele vahemaadele, kus võivad juba toimida väga olulised tõmbejõud. Teine põhjus, mis takistab kolloidosakeste lähenemist kaugustele, mille juures kohesiivjõud hakkavad domineerima, võib olla keskmistest molekulidest koosneva solvaadikihi moodustumine osakeste pinnal. Selline kest tekib kas söötme molekulide või süsteemi kolmanda komponendi (stabilisaatori) molekulide või ioonide adsorptsiooni tulemusena dispergeeritud faasis. Lisaks nendele kahele tegurile on ka teisi tegureid, mis tagavad kolloidsüsteemide koondstabiilsuse. Kõiki jätkusuutlikkuse tegureid käsitletakse üksikasjalikult peatükis. IX.

Seega määrab kolloidsüsteemi suhtelise stabiilsuse see, kas tõukejõud on piisavalt tugevad, et takistada osakeste lähenemist lähedale. On selge, et selline seletus ei ole vastuolus enamiku kolloidsüsteemide põhimõttelise ebastabiilsusega, kuna osakeste pindade vahetus läheduses on kohesioonijõud reeglina suuremad kui tõukejõud ja see on tavaliselt energeetiliselt. soodsam, kui kaks eraldi osakest moodustavad agregaadi. Järgnevalt näeme, et tõukejõudude vähendamiseks on palju võimalusi ja eelkõige on üks neist meetoditest elektrolüütide sisestamine süsteemi.

4. RÕHU RÕHK*

* Selle peatüki lõigu on kirjutanud B. V. Deryagii.

Kahe tahke keha pinda eraldava vedelikukihi või üldiselt ioone adsorbeeriva kahe faasi hõrenemisel tekivad nende faaside pindade vahel kahte tüüpi vastasmõjujõud. Esiteks jõud, mis sõltuvad mõlema keha molekulide vahelisest külgetõmbest, vedeliku molekulide vahel ning vedeliku molekulide ja iga keha (või faasi) vahel.

Kui mõlemad kehad on samad, siis need jõud toovad kaasa kehade külgetõmbe, mis kipub vedelat kihti õhendama. Teiseks, elektrilise iseloomuga jõudude toimel tekib identsete kehade vahel alati tõuge, mis põhjustab vedelikukihi paksenemist. Seega, et vahekihi paksus ei muutuks ja süsteem tervikuna säilitaks t

5. loeng Kolloidsüsteemide stabiilsus ja koagulatsioon

Hajussüsteemide stabiilsuse mõiste.

DS-i stabiilsuse tüübid.

Koagulatsioon.

Elektrolüütide mõju koagulatsioonile.

Elektrolüütide ühine toime koagulatsiooni ajal.

DLVO stabiilsusteooria.

hüübimiskiirus.

Sol vananemine. Kolloidne kaitse.

Dispergeeritud süsteemide stabiilsuse küsimused on kolloidkeemias kesksel kohal, kuna need süsteemid on peamiselt termodünaamiliselt ebastabiilsed.

Süsteemi stabiilsuse all mõistetakse selle oleku ja põhiomaduste püsivust ajas: dispergeeritud faasi osakeste ühtlase jaotuse dispersioon dispersioonikeskkonnas ja osakeste vahelise interaktsiooni olemus.

Hajutatud süsteemi osakesed kogevad ühelt poolt gravitatsiooni mõju; teisalt alluvad nad difusioonile, mis kipub kontsentratsiooni süsteemi kõikides punktides ühtlustama. Kui nende kahe jõu vahel tekib tasakaal, paiknevad hajutatud faasi osakesed Maa pinna suhtes teatud viisil.

N.P. ettepanekul. Peskovi (1920) järgi on hajutatud süsteemide stabiilsus jagatud kahte tüüpi:

- kineetiline(sette)stabiilsus - dispergeeritud osakeste omadus püsida suspensioonis ilma settimiseta (osakeste vastupidavus gravitatsioonile).

(stabiilsuse tingimused - osakeste kõrge dispersioon, hajutatud faasi osakeste osalemine Browni liikumises);

- agregatiivne stabiilsus - hajutatud faasi osakeste võime seista vastu kleepumisele (agregatsioonile) ja seeläbi säilitada selle faasi kui terviku teatud dispersiooniaste.

Dispergeeritud süsteemid jagunevad nende stabiilsuse järgi kahte klassi:

Termodünaamiliselt stabiilne (lüofiilsed kolloidid);

Termodünaamiliselt ebastabiilne (lüofoobsed süsteemid).

Esimesed hajuvad spontaanselt ja eksisteerivad ilma stabilisaatorita. Nende hulka kuuluvad pindaktiivsete ainete lahused, IUD lahused.

Termodünaamiliselt stabiilse süsteemi Gibbsi vaba energia väheneb (DG<0).

Solid, suspensioonid, emulsioonid (DG>0) kuuluvad termodünaamiliselt ebastabiilsetesse süsteemidesse.

Viimasel ajal on ka kondensatsioonikindlus: süsteem moodustab ebastabiilseid agregaate (flokuleid) või lahtisi setteid - osakesed kaotavad oma individuaalse liikuvuse, kuid püsivad sellisena pikka aega.

Koagulatsioon

Lüofoobsed kolloidid on termodünaamiliselt ebastabiilsed süsteemid, mis eksisteerivad stabiliseerumise tõttu kaitsvate ioonsete või molekulaarsete kihtide ilmnemise tõttu. Järelikult võib nende kihtide oleku muutumine viia stabiilsuse kaotuseni ja seejärel hajutatud faasi eraldumiseni.

Koagulatsioon- kolloidosakeste adhesiooni (sulandumise) protsess koos suuremate agregaatide moodustumisega, millele järgneb kineetilise stabiilsuse kadu.

Üldises mõttes mõistetakse koagulatsiooni all hajutatud süsteemi agregatiivse stabiilsuse kaotust.

Koagulatsiooni varjatud staadium on väga kiire - osakeste suurus suureneb, kuid sade ei pudene välja - värvimuutus, hägusus.

Eksplitsiitne etapp - sadestamine, kahe faasi eraldamine lahuses. Sadet nimetatakse koagulaadiks.

Koagulatsiooni lõpptulemuseks võib olla kaks tulemust: faaside eraldumine ja mahulise struktuuri moodustumine, milles dispersioonikeskkond on ühtlaselt jaotunud (süsteemi kontsentratsioon). Vastavalt kahele erinevale koagulatsioonitulemusele eristatakse ka nende uurimismeetodeid (esimese tulemuse jaoks - optiline, näiteks teise - reoloogiline).

Peamised protsessid, mis võivad esineda hajutatud süsteemides, on näidatud joonistel fig. 5.1.

Diagrammil on näha, et koagulatsiooni mõiste hõlmab mitmeid protsesse (flokulatsioon, koalestsents, agregatsioon, struktuuri moodustumine), mis toimuvad süsteemi eripinna vähenemisega.

Riis. 5.1. Hajutatult toimuvad protsessid

süsteemid.

Koagulatsiooni võivad põhjustada mitmesugused tegurid:

elektrolüütide sisseviimine;

hajutatud süsteemi kuumutamine või külmutamine;

mehaaniline mõju;

Kõrgsageduslikud vibratsioonid;

Ultratsentrifuugimine ja muud tegurid.

Kõige olulisem ja uuritud on elektrolüütide toime.

Elektrolüütide mõju koagulatsioonile

On kindlaks tehtud mitmeid elektrolüütide mõju empiirilisi mustreid, mida tuntakse kui hüübimisreeglid:

1. Kõik elektrolüüdid võivad põhjustada koagulatsiooni, kuid teatud kontsentratsiooni saavutamisel on neil märgatav mõju.

Koagulatsioonilävi- elektrolüüdi minimaalne kontsentratsioon, mis põhjustab koagulatsiooni (g, mol / l; mõnikord C c).

Koagulatsioonilävi määratakse hägususe, värvimuutuse või hajutatud faasi sademeks eraldumise alguse järgi.

2. Schulze-Hardy reegel (olulisuse reegel, empiiriline):

Elektrolüüdi ioon, mille laeng on vastupidine mitsellide (graanulite) potentsiaali määravate ioonide laengule, on koaguleeriva toimega ja mida suurem on laeng, seda tugevam on koaguleeriv toime.

kus K on hüübimisvõime (võtame selle ühikuna).

Vastavalt Schultz-Hurdy reeglile on 1, 2 ja 3 laenguga vastasioonide koagulatsiooniläve väärtused seotud 1:1/20:1/500, s.o. mida suurem on laeng, seda vähem on koagulatsiooni tekitamiseks vaja elektrolüüti.

Näiteks koaguleerime arseensulfiidi (As 2 S 3) või Fe (OH) 2 sooli.

Schulze-Hurdy reegel on ligikaudne ja kirjeldab ainult anorgaaniliste ühendite ioonide toimet.

3. Orgaaniliste ioonide seerias suureneb koaguleeriv toime adsorptsioonivõime suurenemisega.

4. Sama laenguga anorgaaniliste ioonide seerias suureneb nende hüübimisaktiivsus koos hüdratatsiooni vähenemisega.

Lüotroopne seeria või Hofmeisteri seeria on ioonide järjestus vastavalt nende võimele hüdraatuda (vett siduda).

Sõna "lüotroopne" tähendab "vedelikule kalduv" (sobivam termin vesikeskkonna puhul on hüdrotroopne).

5. Väga sageli vastab koagulatsiooni algus zeta potentsiaali langusele kriitilise väärtuseni (umbes 0,03 V).

6. Elektrolüütidega koagulatsiooni käigus tekkivates setetes on alati ioone, mis seda põhjustavad.

Elektrolüütide ühine toime

koagulatsiooni ajal

Elektrolüütide segud toimivad soolide koaguleerimisel harva iseseisvalt. Täheldatud nähtusi saab taandada järgmiseks kolmeks: liitlikkus, antagonism ja sünergia elektrolüüdid. Need nähtused elektrolüütide segude kasutamisel on näidatud joonisel 5.2.

Sõltuvus 1 – iseloomustab elektrolüütide aditiivset toimet. Segu koaguleeriv toime määratakse lihtsa lisamise reegliga:

KCl + KNO3; NaCl+KCl

Kõver 2 - elektrolüüdi antagonism - iga elektrolüüdi sisaldus segus ületab oma lävikontsentratsiooni

Al(NO3)3 + K2S04; Ti(NO 3) 4 + Na 2 SO 4

Elektrolüütide toime sünergismi näitab kõver 3. Iga elektrolüüdi toime on tõhustatud – koagulatsiooniks on nende segus vaja vähem kui igaüks eraldi.

LiCl+CaCl2 mõjutavad hüdrosool H 2 S

Riis. 5.2. Elektrolüütide kombineeritud toime

koagulatsioon.

Hüdrofoobsete disperssete süsteemide stabiilsuse teooria DLVO

Kaasaegne elektrolüütidega koagulatsiooni füüsikateooria põhineb statistilise füüsika üldpõhimõtetel, molekulaarjõudude teoorial ja lahendusteoorial. Selle autorid on: B.V. Deryagin, L.D. Landau (1937-1941), E. Fairway, J. Overbeck (DLFO esimestes kirjades).

Teooria olemus: mis tahes osakeste vahele, kui need lähenevad, tekib tõmbe- ja tõukejõudude toimel eraldava vedelikukihi eralduv rõhk. Lahutav rõhk on koguparameeter, mis võtab arvesse nii külgetõmbe- kui ka tõukejõu mõju.

Süsteemi olek oleneb külgetõmbeenergia (U pr) ja tõukeenergia (U ot) tasakaalust. Valitseb U otm – stabiilne süsteem. U pr valitseb - agregatiivse stabiilsuse rikkumine - koagulatsioon.

Graafiliselt on kujutatud kahe osakese vahelise interaktsioonienergia muutust nende lähenemisel (joonis 5.3).

Kahest osakesest koosneva süsteemi (kõver 3) koguenergia saadakse U ot ja U pr liitmisel:

U \u003d U ott + U pr \u003d

kus: V on kordaja, mis sõltub DES elektripotentsiaalide väärtustest, keskkonna omadustest, temperatuurist;

e on naturaallogaritmi alus;

c on hajutatud kihi paksuse pöördväärtus;

h on osakeste vaheline kaugus;

A on molekulaarsete külgetõmbejõudude konstant.

Joon.5.3. Potentsiaalse interaktsiooni kõverad

kolloidsed osakesed:

1 – tõukeenergia muutumine kaugusega;

2 - külgetõmbeenergia muutus;

3 - saadud kõver.

Vaatleme saadud kõverat 3 joonisel 5.3. Sellel on iseloomulikud piirkonnad:

Väikeste vahemaade piirkonnas on sügav primaarne miinimum (potentsiaalne kaev) - olulisel määral domineerib U. Esmane miinimum vastab osakeste otsesele adhesioonile (I).

Suurte vahemaade piirkonnas - sekundaarne madal miinimum (teine ​​potentsiaalikaev, vastab ligitõmbamisele läbi keskmise kihi). Diagrammil II.

Keskmiste vahemaade piirkonnas on kõveral maksimum ja kui see asub abstsissteljest kõrgemal, siis tekib tõukejõudude energiabarjäär (DU b).

Saadud kõver 3 võib sõltuvalt hajutatud süsteemi stabiilsusest olla erineva kujuga (joonis 5.4.).

Riis. 5.4. Potentsiaalsed kõverad kindlad

hajutatud süsteemi stabiilsusseisundid:

1 - süsteemis mis tahes vahekaugusel osakeste vahel on külgetõmbeenergia ülekaalus tõukeenergia üle. Sellises süsteemis täheldatakse kiiret koagulatsiooni koos agregaatide moodustumisega.

2 - piisavalt kõrge potentsiaaliga barjäär ja sekundaarse miinimumi olemasolu. Osakesed interakteeruvad, kuid neil ei ole otsest kontakti ja neid eraldavad keskkonna vahekihid.

3 - kõrge agregaadi stabiilsusega süsteem (kõrge potentsiaaliga barjäär ja sekundaarse miinimumi puudumine või selle sügavus, väiksem kui soojusenergia kT).

Olenevalt energiabarjääri kõrgusest ja potentsiaalsete kaevude sügavusest on lähenemisel võimalikud erinevad osakeste käitumised (joon. 5.5), osakestel on kineetiline energia - kT.

Joon.5.5. Kolloidosakeste interaktsiooni skeemid

osariik V: Madal tõkke kõrgus ja madal sekundaarne miinimum: DU b @DU i £kT osakesed astuvad lähitoimesse, s.t. otse kontaktis - tuleb koagulatsioon

osariik A: Seda iseloomustab asjaolu, et hajuskihid kattuvad ja osakeste (geelide) vahelised vahekihid säilivad. energiabarjäär üsna kõrge Teisene miinimum on madal: Interakteeruvad osakesed ei saa hajuda (nad hoiavad tõmbejõude) ega läheneda (tõukejõud takistavad). Elektrolüüdi lisamine põhjustab kõige sagedamini koagulatsiooni (h väheneb).

osariik b: Kõrge energiabarjäär DU b ³kT ja puudumine või madal sekundaarne minimaalne DU i £kT: Osakesed ei suuda barjääri ületada ja lahkneda ilma vastastikmõjuta. Selline süsteem on agregatiivselt stabiilne.

Hajutatud süsteem on tõukejõudude kõrge energiabarjääri korral agregatiivselt stabiilne.

Koagulatsiooni kiirus

Koagulatsiooni kulgu, sõltuvalt koaguleeriva elektrolüüdi kontsentratsioonist, võib jagada kahte etappi: aeglane ja kiire.

Joon.5.6. Hüübimiskiiruse sõltuvus sellest

elektrolüütide kontsentratsioon

Piirkonnas aeglane hüübimiskiirus sõltub suuresti kontsentratsioonist (segment AB). Punktis B muutub kiirus konstantseks ja ei sõltu elektrolüüdi kontsentratsioonist - siin on z väärtus - potentsiaal on null - algus kiire koagulatsioon. Nimetatakse elektrolüüdi kontsentratsiooni, millest alates jääb hüübimiskiirus konstantseks kiire hüübimislävi.

Koagulatsioonikineetika teooriad töötas välja Smoluchowski (1916).

Koagulatsiooni käsitletakse kui teist järku reaktsiooni, mille elementaaraktis osalevad kaks osakest: .

Smoluchowski võrrand ajas t m-osakeste kokkukleepumise arvutamiseks:

;

Esialgne osakeste arv;

Pool hüübimisaeg ().

Kiire koagulatsiooni korral reageerivad kõik põrkuvad osakesed (DU b =0).

Smoluchowski võrrand kiire koagulatsiooni kiiruskonstandi jaoks:

kus h on keskkonna viskoossus.

Aeglase hüübimise korral ei põhjusta kõik kokkupõrked kleepumist. Smoluchowski võrrand aeglase koagulatsiooni jaoks:

;

kus P on steeriline tegur, mis võtab arvesse osakeste soodsat ruumilist paigutust kokkupõrkel ja nende füüsilisi mõõtmeid. Kiire koagulatsiooni korral on kõik kokkupõrked tõhusad ja P = 1, aeglase P korral<1.

DE – potentsiaalbarjäär, kiire koagulatsiooniga DE=0, aeglase koagulatsiooniga DE¹0.

h on viskoossus.

Koagulatsiooniläve saab arvutada Deryagini ja Landau teoreetiliselt leitud suhte põhjal, mis nn. 6. astme seadus:

kolloidosakeste vaheline energiabarjäär kaob kriitilise kontsentratsiooni (g) saavutamisel, mis on pöördvõrdeline koaguleeriva iooni kuuenda laenguastmega:

;

C on konstant, mis sõltub katiooni ja aniooni laengute arvust;

e on lahenduse läbitavus;

A on van der Waalsi külgetõmbekonstant;

e on elektronide laeng;

k on Boltzmanni konstant;

z on koaguleeriva iooni laeng.

Selle võrrandi kohaselt on vastasioonilaengute 1, 2 ja 3 elementide g väärtused seotud kujul 1:1/2 6:1/3 6 =1:1/64:1/729.

Võrrand põhjendab hästi empiirilist Schulze-Hardy reeglit.

Juhtudel, kui stabiilsuse adsorptsiooni-solvatatsiooniteguri roll on suur, ilmneb DLVO teooria lähendus, kuna see ei võta arvesse spetsiifilise adsorptsiooni rolli ega iooni afiinsust lahusti suhtes.

Seost kokkupõrgete tõhususe ja potentsiaalse barjääri vahel koagulatsiooni ajal näitas Fuchs N.A.

Kui DE on palju suurem kui kT, võib hüübimiskiirus läheneda nullile ja süsteem on agregatiivselt ebastabiilne.

Fuchsi väljatöötatud teoorias on kasutusel koagulatsiooni aeglustuskoefitsiendi W mõiste, mis näitab, mitu korda on aeglase hüübimise kiiruskonstant väiksem kiire hüübimise kiiruskonstandist. Võttes arvesse K b ja K m avaldisi, saame:

Koefitsienti W nimetatakse stabiilsusteguriks või stabiilsusteguriks.

Sol vananemine

Lüofoobsetel kolloididel on dispergeeritud faasi ja dispersioonikeskkonna vahel nõrk interaktsioon ning neid iseloomustab kalduvus dispersiooni aja jooksul väheneda.

Osakeste moodustumise ajal saadav vaba pinnaenergia liig on (termodünaamika teise seaduse järgi) peamine põhjus üleminekul stabiilsemasse olekusse, mille määrab osakeste suurenemine.

Osakeste spontaanset suurenemist (dispersiooniastme vähenemist) lüofoobsetes sooltes nimetatakse vananemiseks või autokoagulatsiooniks.

Vananemiskiirus on palju aeglasem kui koagulatsioon elektrolüütide mõjul.

Molekulaarse kaitsev toime

imavad kihid

Mõned süsteemid on väga kõrge stabiilsusega, nad omandavad isegi spontaanse moodustumise võime - kolloidne lahustuvus.

Enamikus soolides on kahe faasi vahelisel liidesel adsorptsioonikihid, mille moodustavad pindaktiivsete ainete molekulid. Adsorptsioonikihid takistavad osakeste kokkukleepumist, kuid need ei kata kogu pinda, vaid ligikaudu 40 ... 60% sellest.

Maksimaalne stabiilsus saavutatakse, kui moodustub täielik adsorptsioonikiht.

Dispergeeritud süsteemide stabiilsuse suurendamist pindaktiivsete ainete mõjul nimetatakse kolloidne kaitse või kolloidi stabiliseerimine.

Stabilisaatoritena kasutatakse: kõrgmolekulaarsed pindaktiivsed ained, želatiin, albumiin, kaseiin, tärklis, pektiin, kummid, hemoglobiin jne.

Konkreetse kolloidi stabiliseeriva toime kvantitatiivseks hindamiseks pakkus R. Zsigmondy välja nn. kuldne number.

Kuldne arv on stabiliseeriva aine minimaalne mass (mg), mis suudab kaitsta 10 ml punase kulla sooli (vältida punakassinist värvimuutust) 1 ml 10% NaCl lahuse koaguleeriva toime eest.

Mida väiksem on kuldne number, seda suurem on kolloidi kaitsev toime.

Kaitsev toime määrati ka hõbedasoolide - hõbedaarv, kongo rubiin - rubiiniarv, väävel - väävliarv jne.