ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Ребиндеп, Г, И. Фукс Общие вопросы поверхностных явлений в дисперсных системах из "Успехи коллоидной химии 1973" За более чем столетнюю историю коллоидной химии резко изменились представления о предмете и основных проблемах этой науки. Наряду с исследованием коллоидов в ее задачи вошло изучение систем низкой дисперсности (суспензии, эмульсии, пены). Вошли в коллоидную химию, а в дальнейшем приобрели самостоятельность физико-химия полимеров, аэрозолей, растворов поверхностно-активных веществ (ПАВ). Коллоидная химия превратилась в науку о дисперсном состоянии. Соответственно важную роль приобрели физические аспекты многих проблем. Выяснилось, что дисперсное состояние твердых фаз, жидкостей и газов в различных средах носит универсальный характер, широко распространено в природе и играет ведущую роль в промышленности, медицине и сельском хозяйстве. В целом это сильно расширило пределы коллоидной химии. [c.5] В настоящее время принятое по традиции название этой науки — коллоидная химия (наука о коллоидах) далеко не полностью соответствует ее содержанию. Более полное название — физико-химия дисперсных систем и поверхностных явлений показывает обт.екты этой науки и подчеркивает определяющее значение межфазных поверхностных явлений. [c.5] В первой трети нашего столетия в коллоидной химии преобладали качественные методы исследования и описательный подход к изучаемым вопросам. Но в это время были сделаны первые попытки применения термодинамики поверхностных явлений, основы которой были развиты Гиббсом еще в 1878 г., создана строгая теория броуновского движения и строения двойного слоя адсорбированных ионов и разработаны представления о строении адсорбционных слоев. Вторая треть столетия характеризуется быстрым развитием количественных методов исследования и разработкой фундаментальных физических представлений. На этих основах изменились и уточнились основные задачи науки о коллоидах. [c.5] Область коллоидной дисперсности соответствует размерам блоков мозаики в реальных твердых телах, как в кристаллах, так и в стеклах от 10 до 10 см. [c.6] Верхний предел области частиц низкой дисперсности значительно менее резко выражен. Представляется, что он должен соответствовать условиям, при которых сила тяжести (внешние воздействия) достигает уровня молекулярных сил, связывающих частицы в агрегаты или пространственные структуры (внутренние силы). Это соотношение зависит от плотности и структуры частиц и состава и свойств дисперсионной среды, но, как правило, лежит в пределах 10 — 10 см. [c.6] При этом условии работа образования новых поверхностей раздела фаз (увеличение межфазной поверхностной энергии) компенсируется увеличением энтропии вследствие равномерного распределения вещества дисперсной фазы во всем объеме среды. Как известно, высокодисперспые системы отличаются предельно высокой межфазной поверхностной энергией и интенсивным броуновским движением. [c.6] Основные закономерности броуновского движения были установлены в начале текущего столетия. Однако до настоящего времени в полной мере (количественно) не выяснено влияние размера и формы частиц на некоторые их свойства, в частности на коагуляцию дисперсных систем и иентизацию их осадков. [c.6] Зависимость свойств частиц от их размера подробно исследовалась, по ряд закономерностей остался невыясненным среди них зависимость удельной поверхностной энергии от кривизны, т. е. от размера частиц в коллоидной области. В первом приближении строение микроскопических и соответствующих высокодисперсных частиц сходно, но у последних фазовая структура может не достигнуть полного развития или частично деградировать, в частности под влиянием адсорб-ционно-активной среды. Показано, что адсорбционно-активная среда может обусловить различные превращения частиц их набухание, адсорбционное пластифицирование, облегчающее диспергирование, фазовые превращения и, при соответствующих условиях, образование соединений включения в кристаллической решетке. [c.7] Известно несколько видов защитных стабилизирующих слоев диффузные слои адсорбированных ионов, сольватные (гидратные) оболочки, молекулярные слои неионогенных поверхностно-активных и высокомолекулярных веществ, структурированные пленки мылоподобных веществ, а также микроэмульсий и высокодисперсных частиц. Условия образования, состав, строение и механизм защитного действия таких слоев различны. Ионы диффузных слоев создают электростатическое расклинивающее давление сольватные оболочки лиофилизируют поверхность частиц, понижая удельную межфазную энергию, а в случае несимметричных пленок могут создавать положительное молекулярное расклинивающее давление. Роль адсорбированных ПАВ и полимеров сводится как к лиофилизации поверхности, так, в случае гибких длинно-цепочечных молекул, и к развитию энтропийного фактора устойчивости вследствие ограничения подвижности цепей (уменьшение числа степеней свободы, изменение конформации). Структурированные пленки могут создавать механический барьер с наружной лио-фильной поверхностью, препятствующий сближению и слиянию частиц, что особенно ярко проявляется в пенах, концентрированных эмульсиях и высококонцентрированных суспензиях. [c.7] Строение и свойства адсорбционносольватных слоев и тонких нленок привлекают пристальное внимание современной коллоидной химии. Есть указания на возникновение в защитных слоях ПАВ и полимеров новых фаз и фазовых превращений. Специальный интерес представляют химические реакции в этих слоях, в частности при эмульсионной полимеризации. Проблема включает изучение свободных двухсторонних тонких жидких пленок. [c.7] Энергия взаимодействия частиц определяется балансом сил притяжения и отталкивания, зависящим в свою очередь от природы сил и расстояния между частицами. Физическая теория устойчивости ионно-стабилизированных коллоидных растворов основана на учете ван-дер-ваальсовых сил притяжения и электростатического отталкивания диффузных слоев адсорбированных ионов. Теория развита отдельно для сильно и слабо заряженных поверхностей в применении к разным дпсперсным системам. Представляет интерес исследование не только коагуляции, но и значительно менее разработанного механизма пептизации, в частности понижения прочности агрегатов, образованных коагуляцией первичных частиц. Весьма актуальна разработка теории взаимодействия неионно-стаби-лизированных частиц, учитывающая действия сольватации, адсорбционных слоев ПАВ, полимеров и другие факторы устойчивости. Остается открытым вопрос о влиянии кинетических факторов на контактные взаимодействия. [c.8] Показано, что прочность коагуляционной связи зависит не только от контактного напряжения, но и продолжительности контакта. [c.8] Реологические исследования дисперсных структур привели к их делению на две большие группы коагуляционные и конденсационно-кристалли-зационные структуры. Первые отличаются тиксотропностью, подвижностью и высокой эластичностью при относительно малой прочности, вторые обладают высокой прочностью, хрупки и нетиксотропны, они лишены высоко-эластичности и пластичности, если только этими свойствами не обладают частицы, образующие структуру. [c.8] Разработка методов воздействия на дисперсные структуры с целью регулирования их реологических свойств привела к зарождению физико-химической механики, включающей также физико-химическую теорию прочности и деформации твердых тел и материалов. Рассмотрение ее проблем выходит за пределы данной статьи. [c.8] В последнее время интенсивно развивается учение о кристаллизационных дисперсных структурах, приводящее, в частности, к выяснению механизма твердения минеральных вяжущих веществ. Большое значение приобретают исследования структурообразования в полимерных системах. Конденсационные структуры заинтересовали не только технику, но и биологию. Здесь открывается новая обширная область исследования. [c.8] Развитие структурной реологии, устанавливающее взаимосвязь структуры и реологических свойств дисперсных систем, сдерживается отсутствием количественных характеристик морфологии структуры (числа связей в единице объема, их площадь, периодичность). Большинство факторов, определяющих прочность связей в структуре, одновременно влияет на их число и распределение. [c.8] Разработка молекулярно-кинетической теории структурообразования в дисперсных системах различного рода и в межфазных слоях — центральная задача современной коллоидной химии. [c.8] Вернуться к основной статье