Виды устойчивости
ГЛАВА 6
УСТОЙЧИВОСТЬ И КОАГУЛЯЦИЯ ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ
Устойчивостьдисперсной системы характеризуется неизменностью во времени её основных параметров - степени дисперсности и равномерного распределения частиц дисперсной фазы в среде.
Проблема устойчивости - одна из самых важных и сложных в коллоидной химии. Она имеет большое значение во многих процессах, как протекающих в природе, так и используемых в народном хозяйстве, в том числе в фармации, в особенности в технологии лекарств. Так, обеспечение устойчивости свободнодисперсных систем необходимо при получении из них лекарственных эмульсий, суспензий, пен, аэрозольных препаратов и др. С другой стороны, во многих случаях требуется нарушить устойчивость образовавшихся коллоидных растворов, тонких взвесей или эмульсий для того, чтобы вызвать структурообразование в материалах, чтобы при гравиметрическом анализе получить осадки, не пептизирующиеся при отмывании, чтобы более эффективно проводить очистку сточных вод и т. д.
По предложению Н. П. Пескова (1920) устойчивость дисперсных систем подразделяют на два вида:
1. седиментационная устойчивость (устойчивость к осаждению дисперсной фазы);
2. агрегативная устойчивость (устойчивость к объединению частиц).
Первый вид устойчивости, который характеризует способность дисперсной системы сохранять равномерное распределение частиц дисперсной фазы по объёму дисперсионной среды, связан с размерами частиц. Частицы с поперечником более (10-5 см) не могут поддерживаться во взвешенном состоянии броуновским движением и будут седиментировать, т. е. оседать, если их плотность больше плотности дисперсионной среды, или всплывать, если их плотность меньше. Седиментация будет подробнее рассмотрена в главе 7.
В данном разделе мы главное внимание уделим явлениям, связанным с агрегативной устойчивостью.
Агрегативная устойчивостьопределяется способностью систем противодействовать процессам, ведущим к уменьшению свободной поверхности энергии.
Такими процессами являются изотермическая перегонка вещества от малых частиц к более крупным, коалесценция и агрегация частиц при их столкновениях. На практике наиболее часто приходится встречаться с процессами коалесценции(слиянием капель в эмульсиях, туманах или пузырьков в пенах) и агрегации(объединении твёрдых частиц коллоидных растворов в более или менее прочные агрегаты, которые в принципе могут быть разделены на первоначальные частицы пептизации). Агрегация может происходить в виде коагуляции или в виде флокуляции. Иногда понятия флокуляции и коагуляции из-за схожести механизма и внешних проявлений отождествляются, но всё-таки различия между ними имеются. Флокуляцияпроисходит, как правило, с участием посторонних веществ – флокулянтов, в качестве которых могут выступать различные полимерные природные и синтетические вещества – крахмал, пектины, полиакриламид и др., а также кремниевая кислота. Она заключается в образовании рыхлых хлопьевидных агрегатов и может происходить не только в коллоидных растворах, но и в суспензиях и эмульсиях. Коагуляция(от coagulation – створаживание) – это слипание частиц дисперсной фазы, происходящее при их столкновениях в результате броуновского движения, перемешивания и т. п. Коагуляция может происходить и под влиянием только физических факторов, без введения в систему посторонних веществ.
Следует отметить, что все три упомянутые процесса укрупнения частиц приводят рано или поздно к потере системой седиментационной устойчивости, то есть к выпадению возникающих крупных частиц или хлопьев (флокул) в осадок. С другой стороны, седиментация частиц в грубодисперсных системах приводит к тому, что в образующемся осадке они тесно соприкасаются друг с другом и при определённых условиях могут потерять агрегативную устойчивость, т. е. соединятся в агрегаты.
Различные дисперсные системы могут обладать или очень высокой агрегативной устойчивостью, при которой они могут храниться в неизменном состоянии очень долгое время (даже годами), или, наоборот, очень низкой, когда их разрушение происходит вскоре после образования (например, через несколько секунд).