ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Структурированные системы. Цели и методы их исследования из "Курс коллоидной химии" Образование структур по мере увеличения концентрации ди персной фазы проходит обычно широкий спектр состояний —с истинно жидких (золи) через структурированные жидкости, гел1 к твердообразным системам (например, цементный камень), обл дающим многими признаками и свойствами твердого тела. [c.258] Реальные твердые тела, составляющие основу материальной культуры человечества (например, строительные материалы, металлические и деревянные изделия, одежда, бумага, полимеры) в подавляющем большинстве являются структурированными дисперсными системами (твердообразными структурами). Структурированные жидкости или жидкообразные структуры (например, глинистые растворы, многие промышленные суспензии) также имеют немалое практическое значение. [c.259] Возникновение и равитие всех этих пространственных структур, обладающих фазовой устойчивостью, происходит во времени путем сцепления или срастания частиц дисперсной фазы и приводит в системах с жидкой средой к изменению характера течения или к полному отверждению системы (переход золь- гель). Эти структуры охватывают весь объем дисперсной системы, В зависимости от природы действующих сил сцепления различают, по Ребиндеру два основных типа структур коагуляционные и конденсационные с фазовыми контактами [24]. [c.259] Управлять структурообразованием можно посредством добавления веществ, модифицирующих поверхность (ПАВ, электролиты). [c.259] в системах с водной средой электролиты частично дегидратируют поверхность, способствуя структурообразованию при некоторой оптимальной концентрации. При более высоких концентрациях электролита дегидратация происходит по всей поверхности и в результате коагуляции образуется осадок. Влияние модификаторов напоминает действие лекарственных средств, обычно содержащих ядовитые вещества оптимальные концентрации способствуют лечению, тогда как более высокие — отравляют организм. [c.259] При дальнем взаимодействии структурообразованию способствует также оптимальная концентрация электролита, увеличивающая глубину второго минимума при большей концентрации исчезает потенциальный барьер. [c.259] Центры точечных контактов возникают обычно на концах частиц (где сольватирующее силовое поле твердой фазы ослаблено из-за кривизны). Поэтому благоприятным условием для образования структур является анизометрическая форма частиц, особенно палочкообразная, или цепочечная (золи УгОз, линейные полимеры). [c.259] Действительно, затекание жидкости в зазор между частицами при их отрыве должно уменьшать Faj2 на величину свободной энергии смачивания (поскольку атг заменяется на отж)-В табл. XIV. 1 приведено сопоставление величин Fa/2 (эрг/см ) для гидрофильной и гидрофобной метилированной поверхностей стекла на воздухе и в жидкостях различной полярности. [c.260] При смачивании гептаном стеклянные частицы сохраняют еще значительную энергию парного взаимодействия F/2 20 эрг/см ). [c.260] Исследование контактных взаимодействий позвбляет оценить толщины жидких прослоек между твердыми фазами. Так, низшие жирные углеводороды полностью вытесняются из зазора между кварцевыми дисками, тогда как растворы электролитов и ПАВ при контактных напряжениях 0,5—2,5 МПа сохраняют остаточный слой, увеличивающий толщину от 0,04 до 0,2 мкм по мере роста -потен-циала. Также уменьшается с разбавлением и увеличивается с ростом с значение Уво в соответствии с теорией взаимодействия диффузных слоев (ХП1. 14а) ум = = ki+ k 2 Ig С, где k] к кз — константы. [c.261] Время контакта сферических частиц полистирола с подложкой того же состава ta определявшееся посредством ультрамикроскопического наблюдения отдельной частицы, возрастало с увеличением с электролита (и заряда иона, в соответствии с лиотропным рядом) резкий рост ta обнаруженный при с 0,8 м. может быть интерпретирован как переход из дальнего потенциального минимума в ближний . [c.261] Приведенный материал является хорошей иллюстрацией к теории устойчивости ДЛФО, подтверждает ее основные положения и может быть использован (во всяком случае — для модельных монодисперсных сферических частиц ) при расчетах прочности коагуляционных структур. [c.261] Таким образом, коагуляционные структуры образуются путем сцепления частиц вандерваальсовыми силами в звенья, цепочки, пространственные сетки — рыхлые каркасы из первичных частиц, их цепочек и агрегатов. [c.261] Структуры с фазовыми контактами образуются в результате срастания частиц при спекании, прессовании, изотермической перегонке с выделением новой дисперсной фазы, кристаллизации из растворов или расплавов, а также в процессах конденсации полимеров. [c.261] Растворение компонентов и последующее выкристаллизовыва-ние их гидратных форм (обычно, менее растворимых) из пересыщенных растворов составляет основу твердения цементов и других минеральных вяжущих (известь, гипс). Образованием и свойствами этих структур можно также в значительной степени управлять, вводя ПАВ в электролиты. [c.262] Непосредственные фазовые контакты между частицами (в отсутствие жидких прослоек) сообщают конденсационным структурам значительно большую прочность и хрупкость (а также необратимость при разрушении), по сравнению со структурами первого типа. [c.262] Следует отметить, однако, что и гели (коагуляционные структуры) постепенно упрочняются во времени они сжимаются, освобождая часть заключенной в сетке (интермицеллярной) жидкости. Это явление называемое синерезисом, обусловлено нарастанием числа и прочности контактов между частицами во времени, а в некоторых случаях—появлением кристаллизационных мостиков, соединяющих частицы (как в системах второго типа). Такой процесс срастания частиц может, в предельных случаях привести к образованию монолитных сплошных тел. Так, в течение геологических эпох в природе иногда протекает процесс золь 8102- силикагельопал- халцедонкварц. Синерезису благоприятствуют все факторы, способствующие коагуляции. [c.262] Превращение первого типа структуры во второй и в дальнейшем в монолитное твердое тело на практике зачастую происходит путем высушивания, прессовки и спекания коагуляционных структур. [c.262] Спекание в процессе прессовки составляет основу порошковой металлургии, созданной впервые Соболевским (1827 г.) в России для изготовления изделий из цветных и благородных металлов (монет и др). Преимущества ее перед механической обработкой и литьем, приводящими к потере металла (стружки, концы слитков) и возможность безотходного производства сделали в настоящее время это направление новой отраслью металлургии, особенно экономичной и важной для получения легированной стали. [c.262] Вернуться к основной статье