Pagrindinės sąlygos dispersinėms sistemoms gauti. Disperguotų sistemų paruošimas, stabilizavimas ir valymas

Įsigijimo metodai koloidiniai tirpalai taip pat galima suskirstyti į dvi grupes: kondensacijos ir dispersijos būdus (atskira grupė yra peptizacijos metodas, apie kurį bus kalbama vėliau). Kita būtina sąlyga norint gauti zolių, be dalelių dydžio padidinimo iki koloidinio, yra stabilizatorių buvimas sistemoje - medžiagų, kurios neleidžia savaiminiam koloidinių dalelių padidėjimui.

Ryžiai. Dispersinių sistemų gavimo metodų klasifikacija (sistemų tipas nurodytas skliausteliuose)

Dispersijos metodai

Dispersijos metodai yra pagrįsti kietųjų medžiagų susmulkinimu iki koloidinio dydžio dalelių ir tokiu būdu koloidinių tirpalų susidarymu. Atliekamas dispersijos procesas įvairių metodų: mechaninis medžiagos šlifavimas vadinamajame. koloidiniai malūnai, metalų purškimas elektriniu lanku, medžiagos smulkinimas ultragarsu.

Sklaida gali būti spontaniška ir nespontaniška. Spontaniška dispersija būdinga liofilinėms sistemoms ir yra susijusi su sistemos sutrikimo padidėjimu (kai iš vieno didelio gabalo susidaro daug mažų dalelių). Disperguojant pastovioje temperatūroje, entropijos padidėjimas turi viršyti entalpijos pokytį.

ΔН > TΔS; ∆G > 0.

Dispersijos procesas šiuo atveju paprastai nėra spontaniškas ir vykdomas išorinės energijos sąskaita.

Dispersiją apibūdina dispersijos laipsnis. Jis nustatomas pagal pradinio produkto dydžių ir gautos sistemos dispersinės fazės dalelių santykį. Sklaidos laipsnis gali būti išreikštas taip:

α 1 \u003d d n / d iki; α 2 \u003d B n / B iki; α 3 \u003d V n / V į,

kur d n; d iki; Bn; B į; V n; V iki – atitinkamai skersmens, paviršiaus ploto, dalelių tūrio prieš ir po dispersijos.

Taigi dispersijos laipsnis gali būti išreikštas dispersinės fazės dalelių dydžio (α 1), paviršiaus ploto (α 2) arba tūrio (α 3) vienetais, t.y. gali būti linijinis, paviršinis arba tūrinis.

Darbas W, reikalingas kietajai arba skysčiui išsklaidyti, išleidžiamas kūno deformacijai W d ir naujos sąsajos W a susidarymui, kuris matuojamas sukibimo darbu. Deformacija yra būtina kūno sunaikinimo sąlyga. Pasak P.A. Perrišiklis, dispersijos darbas nustatomas pagal formulę

W \u003d W a + W d \u003d σ * ΔB + kV,

čia σ* yra vertė, proporcinga paviršiaus įtempimui dispersinės fazės ir dispersinės terpės sąsajoje arba jam lygi; ΔB – fazės sąsajos padidėjimas dėl dispersijos; V – pradinio kūno tūris prieš dispersiją; k – koeficientas, ekvivalentiškas kūno tūrio vieneto deformacijos darbui.

Kondensacijos metodai

Kondensacijos metodai dispersinėms sistemoms gauti apima kondensaciją, desublimaciją ir kristalizaciją. Jie pagrįsti naujos fazės susidarymu persotintos medžiagos būsenos sąlygomis dujinėje arba skystoje terpėje. Tokiu atveju sistema keičiasi iš homogeninės į nevienalytę. Kondensacija ir desublimacija būdinga dujinei terpei, o kristalizacija – skystai.

Būtina kondensacijos ir kristalizacijos sąlyga yra medžiagos persotinimas ir netolygus pasiskirstymas dispersinėje terpėje (koncentracijos svyravimai), taip pat kondensacijos centrų ar branduolių susidarymas.

Tirpalo ir garų viršsotinimo laipsnis β gali būti išreikštas taip:

β w = s / s s , β P = p / p s ,

čia p, c yra persočiųjų garų slėgis ir medžiagos koncentracija persotintame tirpale; p s – sočiųjų garų pusiausvyros slėgis virš plokščio paviršiaus; c s yra pusiausvyros koncentracija, atitinkanti naujos fazės susidarymą.

Norint atlikti kristalizaciją, tirpalas arba dujų mišinys atšaldomas.

Kondensacijos metodai dispersinėms sistemoms gauti yra pagrįsti kristalizacijos, desublimacijos ir kondensacijos procesais, kuriuos sukelia Gibso energijos (ΔG) sumažėjimas.< 0) и протекают самопроизвольно.

Branduojant ir formuojantis dalelėms iš persotinto tirpalo ar dujinės terpės kinta cheminis potencialas µ, atsiranda fazinė sąsaja, kuri tampa perteklinės laisvos paviršiaus energijos nešėja.

Dalelių susidarymo darbas nustatomas pagal paviršiaus įtempimą σ ir yra lygus:

W 1 \u003d 4πr 2 σ,

čia 4πr 2 yra sferinių dalelių, kurių spindulys yra r, paviršius.

Cheminis potencialas kinta taip:

Δμ = μ i // - μ i /< 0; μ i // >μ i / ,

kur μ i / ir μ i // yra homogeninių ir nevienalyčių sistemų cheminiai potencialai (pereinant nuo mažų lašų prie didelių).

Cheminio potencialo pokytis apibūdina tam tikro kiekio molių medžiagos perkėlimą iš vienos fazės į kitą; šis skaičius n molių yra lygus dalelių tūriui 4πr 3 /3, padalintam iš molinio tūrio Vm:

Naujo paviršiaus susidarymo darbas kondensacijos W to procese yra lygus:

kur W 1 ir W 2 yra atitinkamai darbas, skirtas dalelių paviršiui formuoti, ir darbas, skirtas medžiagos perkėlimui iš homogeninės terpės į nevienalytę.

Dispersinės sistemos gali susidaryti dėl fizinės ir cheminės kondensacijos, taip pat keičiant tirpiklį.

Fizinė kondensacija atliekama mažinant dujinės terpės, kurioje yra įvairių medžiagų garų, temperatūrą. Kai tenkinamos būtinos sąlygos, susidaro dispersinės fazės dalelės arba lašeliai. Panašus procesas vyksta ne tik dujų tūryje, bet ir ant atvėsusio kieto paviršiaus, kuris dedamas į šiltesnę dujinę aplinką.

Kondensaciją lemia cheminių potencialų skirtumas (μ i // - μ i /)< 0, которая изменяется в результате замены растворителя. В отличие от обычной физической конденсации при tirpiklio kaita dispersinės terpės sudėtis ir savybės nesikeičia. Jei alkoholio ar acetono sieros, fosforo, kanifolijos ir kai kurių kitų tirpalai organinės medžiagos supilama į vandenį, tirpalas tampa persotintas, susidaro kondensacija ir susidaro dispersinės fazės dalelės. Tirpiklio mainų metodas yra vienas iš nedaugelio metodų, kuriais galima gauti zolius.

At cheminis kondensatas medžiaga susidaro kartu su jos persotinimu ir kondensacija.

Disperguota sistema yra sistema, kurioje viena medžiaga pasiskirsto kitos terpėje, o tarp dalelių ir dispersinės terpės yra fazių riba. Disperguotos sistemos susideda iš dispersinės fazės ir dispersinės terpės.

Disperguota fazė – tai terpėje pasiskirstančios dalelės. Jo ypatybės yra dispersija ir nenuoseklumas.

Dispersinė terpė – medžiaginė terpė, kurioje yra dispersinė fazė. Jo ženklas yra tęstinumas.

dispersijos metodas. Jį sudaro mechaninis kietųjų medžiagų smulkinimas iki tam tikros dispersijos; dispersija ultragarso vibracijomis; elektros dispersija veikiant kintamajai ir nuolatinei srovei. Norint gauti dispersines sistemas dispersiniu būdu, plačiai naudojami mechaniniai įrenginiai: trupintuvai, malūnai, skiediniai, volai, dažų malūnėliai, purtyklės. Skysčiai purškiami ir purškiami naudojant antgalius, viršūnes, besisukančius diskus, centrifugas. Dujų dispersija daugiausia atliekama burbuliuojant jas per skystį. Putų polimeruose, putų betone, putų gipso dujos gaunamos naudojant medžiagas, kurios išskiria dujas aukštesnėje temperatūroje arba vykstant cheminėms reakcijoms.

Nepaisant plačiai paplitusių dispersijos metodų, jie negali būti naudojami dispersinėms sistemoms, kurių dalelių dydis yra -100 nm, gauti. Tokios sistemos gaunamos kondensacijos metodais.

Kondensacijos metodai yra pagrįsti dispersinės fazės susidarymu iš molekulinės arba joninės būsenos medžiagų. Būtinas šio metodo reikalavimas yra sukurti persotintą tirpalą, iš kurio turi būti gauta koloidinė sistema. Tai galima pasiekti tam tikromis fizinėmis ar cheminėmis sąlygomis.

Fiziniai kondensacijos būdai:

1) skysčių ar kietųjų medžiagų garų aušinimas adiabatinio plėtimosi metu arba maišant juos su dideliu oro kiekiu;

2) laipsniškas tirpiklio pašalinimas (garinimas) iš tirpalo arba jo pakeitimas kitu tirpikliu, kuriame prasčiau tirpsta išsklaidyta medžiaga.

Taigi fizinė kondensacija reiškia vandens garų kondensaciją ant kietų ar skystų dalelių, jonų ar įkrautų molekulių (rūko, smogo) paviršiaus ore.

Pakeitus tirpiklį, susidaro zolis, kai į pradinį tirpalą įpilama kito skysčio, kuris gerai susimaišo su pradiniu tirpikliu, bet yra prastas tirpiklio tirpiklis.

Cheminiai kondensacijos metodai yra pagrįsti eksploatacinėmis savybėmis įvairios reakcijos, ko pasekoje iš persotinto tirpalo nusėda neištirpusi medžiaga.

Cheminis kondensavimas gali būti pagrįstas ne tik mainais, bet ir redokso reakcijomis, hidrolize ir kt.

Dispersines sistemas taip pat galima gauti peptizuojant, kai nuosėdos perkeliamos į koloidinį „tirpą“, kurio dalelės jau turi koloidinį dydį. Yra tokie peptizacijos tipai: peptizavimas plaunant nuosėdas; paviršiaus peptizacija - veikliosios medžiagos; cheminė peptizacija.

Termodinamikos požiūriu dispersinis metodas yra pats naudingiausias.

Valymo būdai:

1. Dializė – zolių išvalymas nuo priemaišų naudojant pusiau pralaidžias membranas, išplautas grynu tirpikliu.

2. Elektrodializė – dializė, pagreitinta elektrinio lauko.

3. Ultrafiltravimas – gryninimas dispersinę terpę kartu su mažos molekulinės masės priemaišomis išspaudžiant per pusiau pralaidžią membraną (ultrafiltrą).

Molekulinės-kinetinės ir optinės dispersinių sistemų savybės: Brauno judėjimas, osmosinis slėgis, difuzija, sedimentacijos pusiausvyra, sedimentacijos analizė, dispersinių sistemų optinės savybės.

Visos molekulinės-kinetinės savybės atsiranda dėl spontaniško molekulių judėjimo ir pasireiškia Brauno judėjimu, difuzija, osmosu ir sedimentacijos-jonų pusiausvyra.

Brauno judėjimas vadinamas nenutrūkstamu, chaotišku, vienodai tikėtinas visomis kryptimis, mažų dalelių, suspenduotų skystyje ar dujose, judėjimas dėl dispersinės terpės molekulių veikimo. Brauno judėjimo teorija remiasi atsitiktinės jėgos, apibūdinančios molekulių poveikį, sąveikos koncepcija, kuri priklauso nuo laiko ir trinties jėgai, kai dispersinės fazės dalelės juda dispersinėje terpėje tam tikru greičiu.

Išskyrus judėjimas į priekį galimas ir rotacinis, būdingas dvimatėms dalelėms netaisyklingos formos(siūlai, pluoštai, dribsniai). Brauno judėjimas ryškiausias labai išsklaidytose sistemose, o jo intensyvumas priklauso nuo dispersijos.

Difuzija yra spontaniškas medžiagos plitimas iš didesnės koncentracijos srities į mažesnės koncentracijos sritį. Yra šie tipai:

1.) molekulinis

3) koloidinės dalelės.

Difuzijos greitis dujose yra didžiausias, o kietosiose medžiagose – mažiausias.

Osmosinis slėgis yra virš tirpalo esantis perteklinis slėgis, būtinas, kad tirpiklis nepatektų per membraną. OD atsiranda, kai grynas tirpiklis juda link tirpalo arba nuo praskiesto tirpalo link labiau koncentruoto, todėl yra susijęs su tirpios medžiagos ir tirpiklio koncentracijos skirtumu. Osmosinis slėgis yra lygus slėgiui, kurį sukurtų dispersinė fazė (tirpusi medžiaga), jei ji, esanti tos pačios temperatūros dujų pavidalu, užimtų tokį patį tūrį kaip koloidinė sistema (tirpalas).

Sedimentacija – tai dispersinių sistemų stratifikacija veikiant gravitacijai, atskiriant dispersinę fazę nuosėdų pavidalu. Disperguotų sistemų gebėjimas sedimentuoti yra jų sedimentacijos stabilumo rodiklis. Stratifikacijos procesai naudojami tada, kai reikia išskirti vieną ar kitą komponentą iš kurio nors komponento iš kokio nors natūralaus ar dirbtinai paruošto produkto, kuris yra nevienalytė skysta sistema. Vienais atvejais iš sistemos pašalinamas vertingas komponentas, kitais – pašalinami nepageidaujami nešvarumai. Viešajame maitinime dispersinių sistemų stratifikacijos procesai būtini, kai reikia gauti skaidrius gėrimus, apšviesti sultinį, išlaisvinti jį nuo mėsos dalelių.

Šviesos pluošto, kuris savo kelyje susiduria su išsklaidytos fazės dalelėmis, elgesys priklauso nuo šviesos bangos ilgio ir dalelių dydžio santykio. Jei dalelės yra didesnės už šviesos bangos ilgį, tai šviesa atsispindi nuo dalelių paviršiaus tam tikru kampu. Šis reiškinys pastebimas suspensijose. Jei dalelės yra mažesnės už šviesos bangos ilgį, tada šviesa yra išsklaidyta.

Disperguotų sistemų gavimo būdai skirstomi į dvi iš esmės skirtingas grupes: dispersinį ir kondensacinį.

dispersija

Disperguotų sistemų gavimas dispersijos būdu yra susijęs su medžiagų trupinimu ir malimu. Dispersiją galima atlikti mechaniniais, elektriniais, cheminiais (peptizacijos) ir ultragarsiniais metodais.

Gamtoje nuolat vyksta mechaninė medžiagų sklaida – uolienų dūlėjimas, ledynų susidarymas ir kiti procesai. Didelė svarba mechaninė dispersija turi pramoniniuose procesuose – rūdos plovimo, metalurgijos gamyboje formuojant šlaką, naftos perdirbime, statyboje, medicinoje, farmacijoje. Tuo pačiu metu jie naudojasi Įvairių tipų ir malūnų konstrukcijos, užtikrinančios norimą šlifavimo laipsnį. Taigi, rutuliniai malūnai suteikia stambių malimo dalelių (~ 10 4 m); koloidiniuose malūnuose gaunamos smulkesnio malimo dalelės, pavyzdžiui, smulkinant cukrų, kavą, krakmolą, grafitą, cheminius reagentus, koloidinės malūnėlės naudojamos aukštam medžiagos dispersijos laipsniui gauti.

Dispersija prasideda smulkinant, kitas etapas yra medžiagos malimas. Darbas W, išleistas medžiagos dispersijai, pagal Rehbinderio lygtį susideda iš dviejų terminų:

Kur W^- darbas sugaištas smulkinant; - darbas, atliktas šlifuojant medžiagą; A K ir Kaip- sistemos tūrio ir joje išsklaidytų dalelių paviršiaus pokytis; ir - proporcingumo koeficientai.

Jei kūno tūris yra proporcingas tiesinio dydžio kubui, o plotas proporcingas jo kvadratui, tada Rebinderio lygtį galima perrašyti kaip santykį

kur / Г ir - proporcingumo koeficientai.

Pirmajam sklaidos etapui svarbus pirmasis terminas K.a*,

kadangi deformacijos ir smulkinimo darbai yra susiję su pradinių medžiagos gabalėlių (paprastai didelių ir mažo paviršiaus) dydžiu ir jų mechaniniu stiprumu. Antrame dispersijos etape darbas yra proporcingas gauto paviršiaus dydžiui. Esant dideliems dalelių dydžiams, galima nepaisyti paviršiaus formavimo ir, atvirkščiai, mažų dydžių, tūrinės deformacijos.

Jei apskritai proporcingumo koeficientai K^ Ir KAM 2 priklauso

pagal medžiagos pobūdį, terpę, trupinimo būdą, tada antrajame termine koeficientas /C įgauna paviršiaus vieneto susidarymo energijos funkciją, tai yra paviršiaus įtempimas: k^ = K^ c5.

Smulkinimo ir šlifavimo metu kūnų sunaikinimas atsiranda stiprumo defektų vietose - mikro įtrūkimai, kurie yra silpnos vietos kristalinė gardelė, tuo tarpu didėja dalelių stiprumas, kuris naudojamas patvaresnėms medžiagoms gauti.

Siekiant palengvinti medžiagų sklaidą ir sumažinti energijos sąnaudas, dažniausiai naudojami specialūs priedai, vadinami stiprumo mažinimo priemonėmis. Paprastai pridėjus stiprumo mažinimo priemonių, kurių kiekis yra -0,1 % susmulkintų medžiagų masės, energijos sąnaudos dispersinėms sistemoms gauti sumažėja maždaug perpus. Kietųjų medžiagų stiprumo mažinimo efektas esant stiprumo mažinimo priemonėms vadinamas efektu

Rebinder. Jis pagrįstas tuo, kad veikiant jėgai mikroįtrūkimų susidarymas lengvesnis, kai iš terpės adsorbuojamos įvairios medžiagos, tai yra pati terpė neardo kūnų paviršiaus, o tik padeda sunaikinti. Priedai, kurie dažniausiai yra aktyviosios paviršiaus medžiagos, pirmiausia sumažina paviršiaus įtempimą ir sumažina šlifavimo darbą. Be to, priedai, sudrėkindami medžiagą, padeda terpei prasiskverbti į kietosios medžiagos defektų vietas ir kapiliarinių jėgų pagalba palengvina jos sunaikinimą. Rebinderio efektas plačiai naudojamas pramonėje. Pavyzdžiui, rūdos šlifavimas visada atliekamas vandens aplinka esant aktyviosioms paviršiaus medžiagoms; staklių apdirbimo dalių kokybė, esant aktyviosios paviršiaus medžiagos emulsijai, smarkiai padidėja, pailgėja metalo pjovimo įrankio tarnavimo laikas ir sumažėja proceso energijos sąnaudos.

Emulsijų gamyboje plačiai naudojama dispersija – dispersinės sistemos, kuriose vienas skystis disperguojamas kitame skystyje, tai yra abi fazės yra skystos (L/L). Būtina emulsijų susidarymo sąlyga yra visiškas arba dalinis dispersinės fazės netirpumas dispersinėje terpėje. Todėl skystos medžiagos, kurios sudaro emulsiją, turi skirtis poliškumu. Paprastai vanduo (polinė fazė) yra sudedamoji emulsijų dalis. Antroji fazė turi būti nepolinis arba mažai tirpus skystis, vadinamas aliejumi, nepaisant jo sudėties (benzenas, toluenas, augaliniai ir mineraliniai aliejai).

Emulsijos skirstomos į du tipus: O/V emulsijos vadinamos tiesioginėmis (dispersinė fazė – aliejus, dispersinė terpė – vanduo); atvirkštinis (invertas) - W/O emulsijos (vanduo aliejuje dispersijos). I tipo emulsijų pavyzdys yra emulsijos, susidarančios kondensuojantis išmetamiesiems garams variklyje, maisto emulsijos (pienas, grietinėlė); tipiška II tipo emulsija yra žalia nafta, kurioje yra iki 50 % sūrymo. Neapdorota nafta yra W/O emulsija, stabilizuota aliejuje tirpiomis paviršinio aktyvumo medžiagomis (parafinais, asfaltenais). Maisto atvirkštinių emulsijų pavyzdžiai yra margarinai arba sviesto. Emulsijos tipas nustatomas pagal fazių tūrio santykį: dispersinė fazė yra skystis, kurio yra mažiausia. Tipą galima nustatyti pagal gebėjimą maišytis su poliniais ir nepoliniais tirpikliais arba ištirpinti polinius ar nepolinius dažus, taip pat elektrinį laidumą (vandeninės dispersinės terpės elektrinis laidumas yra keliomis eilėmis didesnis nei nevandeninis).

Emulsijos yra plačiai paplitusios gamtoje ir įvairios technologiniai procesai. Emulsijos vaidina svarbų vaidmenį žmogaus gyvenime, pavyzdžiui, kraujas yra emulsija, kurioje eritrocitai yra išsklaidyta fazė.

Dviejų gretimų fazių agregacijos būsenos vienodumas lemia emulsijų stabilumą. Emulsijų sedimentacijos stabilumas yra gana didelis ir kuo didesnis, tuo mažesnis dispersinės fazės ir dispersinės terpės tankių skirtumas. Sedimentacijos procesą emulsijose gali papildyti flokuliacijos (agregacijos) procesas, dėl kurio dalelės sutirštėja ir dėl to padidėja jų nusėdimo (arba plūduriavimo) greitis.

Emulsijų, kaip ir visų dispersinių sistemų, agregacinį stabilumą lemia jų liofiliškumas arba liofobiškumas. Dauguma emulsijų priskiriamos liofobinėms sistemoms. Jie yra termodinamiškai nestabilūs ir negali spontaniškai susidaryti dėl laisvos energijos pertekliaus sąsajoje. Šis nestabilumas pasireiškia spontanišku skysčių lašų susiliejimu vienas su kitu (susiliejimu), dėl kurio emulsija gali visiškai sunaikinti ir suskaidyti į du sluoksnius. Tokių emulsijų agregacinis stabilumas įmanomas tik esant stabilizatoriui, kuris neleidžia dalelėms susijungti. Stabilizatorius gali būti sistemos komponentas, kurio joje yra perteklius, arba medžiaga, specialiai įvesta į sistemą, tokiu atveju stabilizatorius vadinamas emulsikliu. Kaip emulsikliai dažniausiai naudojamos paviršinio aktyvumo arba stambiamolekulinės medžiagos. Emulsikliai gali būti hidrofiliniai ir hidrofobiniai. Labiausiai paplitę hidrofiliniai emulsikliai yra riebalų rūgščių natrio (kalio) druskos, kurios geriau tirpsta vandenyje nei angliavandeniliuose. Jie gali stabilizuoti O/W tipo tiesioginę emulsiją. Paviršinio aktyvumo medžiagos adsorbcijos sluoksnio orientacija vyksta pagal Rehbinderio taisyklę: nepolinis radikalas yra nukreiptas į nepolinį skystį, o polinė grupė - į polinį. Tiesioginio tipo emulsijose emulsiklio polinės dalys yra išorinėje aliejaus lašelių pusėje ir neleidžia jiems priartėti. Tos pačios medžiagos atvirkštinio tipo emulsijose yra adsorbuojamos poliarinėmis grupėmis ant vandens lašelių vidinio paviršiaus ir netrukdo joms susijungti (1.3 pav.).

Ryžiai. 1.3. Hidrofilinio emulsiklio vieta tiesiomis linijomis (A) ir atvirkščiai ( 6 ) emulsijos

Tam tikromis sąlygomis galimas reiškinys, vadinamas inversija – emulsijos fazių inversija (arba tiesiog emulsijos inversija), kai, pasikeitus sąlygoms arba įvedant kokius nors reagentus, tam tikro tipo emulsija virsta priešingo tipo emulsija.

Išsklaidytų sistemų gavimas pirmiausia siejamas su išsklaidytų dalelių gavimu. Būtina išspręsti šias užduotis:

• 1) paskirstyti dispersines daleles dispersinėje terpėje iki reikiamos koncentracijos;
• 2) stabilizuoti išsklaidytą sistemą, siekiant pakankamai ilgai išsaugoti jos struktūrą ir savybes;
• 3) išvalyti išsklaidytą sistemą nuo įvairių nešvarumų.

Šios problemos sprendžiamos priklausomai nuo konkrečios dispersinės sistemos specifikos (tipo).

Išsklaidytų sistemų gavimas

emulsijos. Kadangi emulsijos yra stambiai dispersinės sistemos, jos dažniausiai gaunamos dispersijos metodu. Emulsuotini skysčiai intensyviai maišomi arba veikiami mechaninėmis vibracijomis arba ultragarsu. Norint gauti tokio paties dydžio lašus (t. y. monodispersinę sistemą), atliekama homogenizacija. Šis procesas susideda iš dispersinės fazės skysčio prispaudimo į dispersinę terpę per mažas reikiamo skersmens skylutes esant aukštam slėgiui. Ši technika naudojama, pavyzdžiui, apdorojant pieną. Dėl homogenizacijos vidutinis dydis riebalų lašai sumažėja maždaug nuo 1-3 iki 0,1-0,2 mikronų.

Emulsijos taip pat gaunamos kondensacijos metodais (dažniausiai pakeičiant tirpiklį).

Nepriklausoma užduotis yra gauti labai koncentruotas emulsijas. Tai apima emulsijas, kurių dispersinės fazės koncentracija didesnė nei 74 tūriai. %, iki 99 t. %. Disperguotos fazės lašai tokiose emulsijose, turinčiose daugiakampių prizmių formą, atskiriami plonomis skystos dispersinės terpės plėvelėmis.

Koncentruoti emulsinai gali turėti mechaninės savybės kietosios medžiagos – stiprumas ir elastingumas.

Koncentruotų emulsijų paruošimo specifiškumas slypi tame, kad dispersinė fazė įvedama į skystą dispersinę terpę mažomis porcijomis intensyviai maišant.

Putos. Kaip ir emulsijos, putos yra stambios sistemos. Todėl daugelyje technologinių procesų putos gaunamos tais pačiais dispersijos metodais, kurie naudojami dujų burbulams gauti.

Kondensacijos metodai putoms gaminti yra pagrįsti dujų tirpalo persotinimu tam tikrame skystyje, atitinkamai pasikeitus temperatūrai arba slėgiui. Taip pat naudojamos cheminės reakcijos su dujų išsiskyrimu. Pavyzdžiui, čia yra reakcija, pagal kurią ruošiamos putos gesintuvuose:

NaHCO 3 + HCl > NaCl + H 2 O+ CO 2 ^

Kitas kondensacijos metodas putoms gaminti yra pagrįstas mikrobiologinių procesų naudojimu.

koloidiniai tirpalai. Koloidiniai tirpalai (zoliai) gaunami įvairiais kondensacijos būdais. Norint gauti labai dispersinius zolius, būtina užtikrinti šios sąlygos įvykdymą: kietųjų dalelių susidarymo greitis turi būti daug kartų didesnis nei jų augimo greitis. Norint įvykdyti šią sąlygą, kai cheminėmis reakcijomis gaunamos dispersinės dalelės, dažnai naudojamas toks būdas: koncentruotas vieno komponento tirpalas nedideliu kiekiu pilamas į labai atskiestą kito komponento tirpalą labai intensyviai maišant.

Geliai. Minėtos sistemos yra laisvai išsklaidytos. Sujungtų-išsklaidytų sistemų gavimas turi tam tikrą specifiškumą. Apsvarstykite, kaip pavyzdį, gelių paruošimą. Paprastai jie gaunami iš koloidinių tirpalų (zolių). Tam tikromis sąlygomis išsklaidytos dalelės sulimpa viena su kita – vyksta krešėjimo procesas.

Jei dalelės turi anizodiametrinę formą (stypeliai, elipsoidai), tada jos yra sujungtos daugiausia savo galais ir sudaro erdvinę struktūrą (tinklą), kurios ląstelėse yra skysta dispersinė terpė. Solių pavertimo geliais procesas vadinamas sol-gelio perėjimas. Jis turi svarbą nanotechnologijoje. Taigi geliai, kaip ir koncentruotos emulsijos, kartais gali būti abipus ištisinės dispersinės sistemos.

Gelių savybės labai efektyviai kontroliuojamos keičiant dispersinės fazės koncentraciją ir dispersinių dalelių formą. Kitas svarbus veiksnys yra temperatūra: jos padidėjimas trukdo susidaryti kontaktams tarp išsklaidytų dalelių, todėl mažėja gelių stiprumas.

Kondensacijos metodai grindžiami naujos fazės atsiradimo procesais, sujungiant molekules, jonus ar atomus vienalytėje terpėje. Šiuos metodus galima suskirstyti į fizinius ir cheminius.

fizinis kondensatas. Svarbiausi fiziniai metodai dispersinėms sistemoms gauti yra kondensacija iš garų ir tirpiklio pakeitimas. Dauguma geras pavyzdys kondensacija iš garų yra rūko susidarymas. Pasikeitus sistemos parametrams, ypač mažėjant temperatūrai, garų slėgis virš skysčio (arba virš kietos medžiagos) gali tapti didesnis už pusiausvyros garų slėgį ir dujų fazėje atsiranda nauja skystoji (kieta) fazė. Dėl to sistema tampa nevienalytė – pradeda formuotis rūkas (dūmai). Tokiu būdu gaunami, pavyzdžiui, kamufliažiniai aerozoliai, kurie susidaro aušinant P2O5, ZnO ir kitų medžiagų garus. Liozoliai gaunami bendrai kondensuojant medžiagų garus, kurie sudaro dispersinę fazę ir dispersinę terpę ant aušinto paviršiaus.

Plačiai naudojamas tirpiklio pakeitimo būdas, pagrįstas, kaip ir ankstesnis, tokiu sistemos parametrų pasikeitimu, kai komponento cheminis potencialas dispersinėje terpėje tampa didesnis už pusiausvyrą ir tendencija perėjimas į pusiausvyros būseną veda prie naujos fazės susidarymo. Priešingai nei garų kondensacijos metodas (temperatūros pokytis), taikant tirpiklio pakeitimo metodą, keičiama terpės sudėtis. Taigi, jei sotus molekulinis sieros tirpalas etilo alkoholyje pilamas į didelį kiekį vandens, tada gautas tirpalas alkoholio ir vandens mišinyje jau yra persotintas. Persotinimas sukels sieros molekulių agregaciją ir susidarys naujos fazės dalelės - išsklaidytos.

Tirpiklio pakeitimo būdu gaunami sieros, fosforo, arseno, kanifolijos, celiuliozės acetato ir daugelio organinių medžiagų zoliai, pilant į vandenį šių medžiagų alkoholio arba acetono tirpalus.

cheminis kondensatas. Šie metodai taip pat pagrįsti kondensaciniu naujos fazės atskyrimu nuo persotinto tirpalo. Tačiau, skirtingai nei fiziniai metodai, medžiaga, kuri sudaro dispersinę fazę, atsiranda dėl cheminės reakcijos. Taigi bet kokia cheminė reakcija, vykstanti susidarant naujai fazei, gali būti gavimo šaltinis koloidinė sistema. Kaip pavyzdžiai pateikti šie cheminiai procesai.

• 1. Atsigavimas. Klasikinis šio metodo pavyzdys yra aukso zolio paruošimas redukuojant chloroauro rūgštį. Vandenilio peroksidas gali būti naudojamas kaip reduktorius (Zigmondy metodas):
• 2HauCl2+3H2O22Au+8HCl+3O2

Taip pat žinomi kiti reduktoriai: fosforas (M. Faraday), taninas (W. Oswald), formaldehidas (R. Zhigmondy). Pavyzdžiui,

• 2KauO2+3HCHO+K2CO3=2Au+3HCOOK+KHCO3+H2O
• 2. Oksidacija. Oksidacinės reakcijos yra plačiai paplitusios gamtoje. Taip yra dėl to, kad kylant magminiams lydalams ir nuo jų atskirtoms dujoms, skysčių fazėms ir požeminiam vandeniui iš zonos išeina visos judriosios fazės. atkūrimo procesai dideliame gylyje į šalia paviršiaus esančias oksidacinių reakcijų zonas. Tokių procesų pavyzdys yra sieros zolio susidarymas hidroterminiuose vandenyse su oksiduojančiomis medžiagomis (sieros dioksidu arba deguonimi):
• 2H2S+O2=2S+2H2O

Kitas pavyzdys yra geležies bikarbonato oksidacijos ir hidrolizės procesas:

4Fe(HCO3)2+O2+2H2O4Fe(OH)3+8CO2

Gautas geležies hidroksido zolis suteikia natūraliems vandenims raudonai rudą spalvą ir yra rūdžių rudų nuosėdų zonų apatiniuose dirvožemio sluoksniuose šaltinis.

• 3. Hidrolizė. Hidrozolių susidarymas druskų hidrolizės procesuose yra plačiai paplitęs gamtoje ir turi didelę reikšmę technologijoje. Nuotekų valymui naudojami druskos hidrolizės procesai (aliuminio hidroksidas gaunamas hidrolizuojant aliuminio sulfatą). Didelis specifinis hidrolizės metu susidarančių koloidinių hidroksidų paviršius leidžia efektyviai adsorbuoti priemaišas – aktyviųjų paviršiaus medžiagų molekules ir sunkiųjų metalų jonus.
• 4. Keitimosi reakcijos. Šis metodas yra labiausiai paplitęs praktikoje. Pavyzdžiui, gauti arseno sulfido zolį:
• 2H3AsO3+3H2SAs2S3+6H2O,

gauti sidabro jodido zolį:

AgNO3+KIAgI+KNO3

Įdomu tai, kad mainų reakcijos leidžia gauti zolius organiniuose tirpikliuose. Visų pirma, reakcija

Hg(CN)2+H2SHgS+2HCN

Jis atliekamas ištirpinant Hg (CN) 2 metilo, etilo arba propilo alkoholyje ir per tirpalą leidžiant vandenilio sulfidą.

Gerai žinomos analitinės chemijos reakcijos, pvz., bario sulfato arba sidabro chlorido nuosėdų susidarymas

Na2SO4 + BaCl2 BaSO4 + 2NaCl

AgNO3 + NaCl AgCl + NaNO3

tam tikromis sąlygomis susidaro beveik skaidrūs, šiek tiek drumsti zoliai, dėl kurių vėliau gali iškristi krituliai.

Taigi zolių paruošimui kondensaciniu būdu būtina, kad medžiagos koncentracija tirpale viršytų tirpumą, t.y. tirpalas turi būti persotintas. Šios sąlygos būdingos tiek smulkiam zoliui, tiek normaliai kietosios fazės nuosėdoms susidaryti. Tačiau pirmuoju atveju atitiktis specialios sąlygos, kuri, remiantis Veimaro sukurta teorija, susideda iš daugybės išsklaidytos fazės branduolių atsiradimo vienu metu. Branduolys turėtų būti suprantamas kaip minimalus naujos fazės, kuri yra pusiausvyroje su aplinką. Norint gauti labai išsklaidytą sistemą, būtina, kad branduolio susidarymo greitis būtų daug didesnis nei kristalų augimo greitis. Praktiškai tai pasiekiama pilant vieno komponento koncentruotą tirpalą į labai praskiestą kito komponento tirpalą, intensyviai maišant.

Soliai susidaro lengviau, jei juos ruošiant į tirpalus įterpiami specialūs junginiai, vadinami apsauginėmis medžiagomis arba stabilizatoriais. Muilai, baltymai ir kiti junginiai naudojami kaip apsauginės medžiagos ruošiant hidrozolius. Stabilizatoriai taip pat naudojami ruošiant organozolius.