КХ Лекция №12 Устойчивость и коагуляция дисперсных систем

1. Устойчивость и коагуляция дисперсных систем

Лекция 12
Устойчивость и коагуляция
дисперсных систем
ДОЦЕНТ КАФЕДРЫ НАНОРАЗМЕРНЫХ СИСТЕМ И ПОВЕРХНОСТНЫХ
ЯВЛЕНИЙ ИМЕНИ С.С.ВОЮЦКОГО, К. Х. Н. О.А. ДУЛИНА

2. Факторы устойчивости дисперсных систем

Лиофобным дисперсным системам можно придать кинетическую агрегативную
устойчивость, вводя в систему стабилизаторы. В качестве стабилизаторов
используют электролиты и ВМС.
Факторы устойчивости подразделяют на термодинамические, эти факторы
уменьшают вероятность эффективных соударений между частицами, создают
потенциальные барьеры, замедляющие или даже исключающие процесс
коагуляции; и кинетические, которые связаны в основном с гидродинамическими
свойствами среды: с замедлением сближения частиц, вытеснением и разрушением
прослоек среды между ними.

3. Факторы устойчивости дисперсных систем

Термодинамические факторы
1.
Электростатический фактор – заключается в уменьшении межфазного
натяжения вследствие возникновения ДЭС на поверхности частиц в
соответствии с уравнением Липпмана.
2.
Адсорбционно-сольватный фактор - состоит в уменьшении межфазного
натяжения при взаимодействии частиц дисперсной фазы со средой в
соответствии с уравнением Дюпре для работы адгезии или, при адсорбции ПАВ,
в соответствии с адсорбционным уравнением Гиббса.

4. Факторы устойчивости дисперсных систем

3.
Стерический (энтропийный) фактор имеет двоякую трактовку.
а) Фактор заключается в стремлении частиц дисперсной фазы к равномерному
распределению по объему системы;
б) Если стабилизатор ВМС или ПАВ с длинными гибкими молекулами, то они
адсорбируются на поверхности частиц своими отдельными звеньями, при этом
большая часть цепи находится в дисперсионной среде и может совершать
микроброуновское движение. Стабилизация осуществляется за счет отталкивания
друг от друга гибких участков цепных молекул, находящихся в среде.
Стабилизация частиц НПАВ и
высокомолекулярными соединениями

5. Кинетические факторы

Факторы устойчивости дисперсных систем
Кинетические факторы
4.
Структурно-механический фактор заключается в том, что на поверхности
частиц имеются пленки, обладающие упругостью и механической прочностью,
разрушение которых требует определенной энергии и времени. Этот фактор
возникает в том случае, когда в качестве стабилизаторов используют ВМС.
5.
Гидродинамический фактор снижает скорость коагуляции благодаря изменению
вязкости среды и плотности дисперсной фазы и дисперсионной среды.
6.
В реальных системах наиболее часто реализуется смешанный фактор, т.е.
агрегативная устойчивость обеспечивается несколькими факторами
одновременно. Особенно высокая устойчивость наблюдается при совокупности
действия термодинамических и кинетических факторов, когда наряду со
снижением межфазного натяжения проявляются структурно-механические
свойства межчастичных прослоек.

6.

Теория агрегативной устойчивости и коагуляции лиофобных
дисперсных систем (теория ДЛФО).
Теория устойчивости лиофобных дисперсных систем (ДЛФО) была разработана в
1937-1943 гг. независимо друг от друга Б.В. Дерягиным и Л.Д. Ландау в СССР и Э.
Фервеем и Дж. Т. Овербеком в Голландии. Теория названа по первым буквам
фамилий авторов.
Советский физиктеоретик. Лауреат
Нобелевской премии по
физике 1962 года.
(За новаторские теории
конденсированных сред, в
особенности жидкого
гелия).
Русский физико-химик,
создал учение о
поверхностных силах и
их влиянии на
расклинивающее
давление и свойства
тонких жидких пленок.
Борис Владимирович
Дерягин
(1902 – 1994)
Лев Давидович
Ландау
(1908 – 1968)

7.

Теория ДЛФО
.
Рассмотрим простейший случай взаимодействия крупных частиц, для
которых можно не учитывать тепловое движение. Взаимодействие
крупных частиц можно рассматривать как взаимодействие между двумя
плоскими параллельными пластинами, т.е. принять, что линейный размер
частиц значительно больше толщины ДЭС. Общая энергия
взаимодействия между двумя пластинами, приходящаяся на единицу
площади равна: U = Uотт + Uприт

8.

Теория ДЛФО
Силы притяжения
Силы притяжения между частицами по своей природе являются
силами Ван-дер-Ваальса. Известно, что силы Ван-дер-Ваальса имеют
тройственную природу: ориентационные, индукционные и наиболее
универсальные дисперсионные.
Ориентационные взаимодействия возникают между двумя диполями.
Индукционные взаимодействия – это взаимодействия между диполем
полярного вещества и индуцированным им диполем в неполярной молекуле.
Причиной дисперсионных взаимодействий является квантово-механический
эффект, связанный с флуктуациями электрических полей атомов и молекул.

9.

Теория ДЛФО
Силы притяжения
Особенностью дисперсионных сил является их дальнодействие. Оно обусловлено
следующими причинами:
1) Дисперсионные силы аддитивны, т.к. флуктуации
электронных плотностей приводят к возникновению
переменного диполя, способного наводить диполи в
других молекулах.
2) Дисперсионное взаимодействие синхронно с
несколькими молекулами без взаимной конкуренции, в
отличие от ориентационных и индукционных сил, при
действии которых наблюдается конкуренция между
разными диполями – если два диполя расположены
оптимально друг к другу, то они не могут быть
расположены оптимально по отношению к третьему
диполю.

10.

Теория ДЛФО
Силы притяжения
3) Для дисперсионных сил характерен эффект электромагнитного
запаздывания, который состоит в том, что флуктурирующие электромагнитные
поля атомов распространяются со скоростью света в рассматриваемой среде. При
частоте 10¹⁵с-1 за один период свет проходит расстояние около 100 нм.
Если расстояние между атомами превышает 100 нм, то происходит изменение
фазы колебания, прежде чем электромагнитная волна дойдет от одного атома до
другого. Электромагнитные волны, исходящие от атомов, разделенных
расстоянием более 100 нм не совпадают по фазе, что приводит к медленному
ослаблению взаимодействия между частицами. Это явление называется
электромагнитным запаздыванием.

11.

Теория ДЛФО
Силы притяжения
В общем виде энергия притяжения выражается следующей формулой:
А∗