ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Водород из "Общая химия 1986" На рис. 104 схематично показаны виды возможных контактов между частицами в структурированных дисперсных системах. Выделяют два, резко различающихся по своим свойствам, типа пространственных структур, названных П. А. Ребиндером коагуляционными и конденсационными структурами. Основное различие этих структур состоит в неодинаковой природе контакта менсду частицами дисперсной фазы. В коагуляционных структурах этот контакт осуществляется или через очень тонкие прослойки дисперсионной среды (рис. 104, а) и точечные контакты (рис. 104, а), или при участии макромолекул (рис. 104,6). Конденсационные структуры возникают как результат склеивания, сваривания, срастания частиц дпсперсной фазькна отдельных участках поверхности (рис. 104, г). [c.325] Коагуляционные пространственные структуры образуются из свободнодисперсных систем, когда дисперсионное притяжение между частицами преобладает над электростатическим отталкиванием. В этом случае энергия результирующего взаимного притяжения частиц сравнима с энергией их теплового броуновского движения. [c.326] На первых этапах коагуляционного взаимодействия возникают агрегаты из двух, трех, а иногда и цепочки первичных дисперсных частиц коллоидный раствор сохраняет текучесть, так как развитие структуры не дошло до образования непрерывной сетки. Возникает жидкообразная коагуляционная структура (соответствующая стадии скрытой коагуляции, см. 113). В потоке жидкости агрегаты распадаются и вновь образуются каждой скорости потока соответствует своя равновесная величина агрегатов, а следовательно, и оказываемого ими сопротивления потоку жидкости. Поэтому возникновение пространственных структур в растворах обнаруживается по изменению вязкости в зависимости от скорости потока жидкости . [c.326] Дальнейший рост агрегатов приводит к образованию коагулята (седимента) или геля (рис. 89 на стр. 300). Воз Шкает твердообразная пространственная коагуляционная структура, которая может быть плотной или рыхлой. [c.326] Плотная струрстура (рис. 89,6) возникает, когда частицы дисперсной фазы укладываются в осадке наиболее плотно, скользя друг относительно друга если первичные частицы соединяются в цепочки, то коагуляционная структура будет рыхлой — арочной (рнс. 89, б). Образованию геля (рис. 89, а) особенно благоприятствует вытянутая форма частиц дисперсной фазы, но при больших концентрациях гелеобразование возможно и в случае сферических частиц, если оии склонны к цепочкообразованию. [c.326] Свежеполученные коагуляты во многих случаях способны, вновь переходить в состояние золя. Такой изотермический переход коагулят— золь называют пептизацией, а вызывающие его вещества — пептизаторами. Пептизаторы являются стабилизаторами дисперсных систем и могут быть веществами как ионной (электролиты), так и молекулярной природы. Адсорбируясь на поверхности первичных частиц, пептизаторы ослабляют взаимодействие между ними, что приводит к распаду агрегатов и переходу коагулята в состояние золя. Пептизацию часто наблюдают при промывании дистиллированной водой находящихся на фильтре свежеполученных осадков гидроксидов и сульфидов металлов. Промывание дистиллированной водой уменьшает концентрацию электролитов, что приводит к изменению структуры двойного электрического слоя — часть противоионов переходит из адсорбционного в диффузный слой, возрастает электрокинетический потенциал частиц коагулята. В результате осадок гидроксида или сульфида на фильтре уменьшается — пептизируется, проходя через поры фильтра в виде золя. [c.327] Обычно пептизируемость коагулятов уменьшается со временем в результате развития точечных контактов между первичными частицами происходит упрочнение коагуляционных структур. Подобное самопроизвольное изменение свойств коллоидных растворов, коагулятов, студней и гелей называют старением коллоидов. Оно проявляется в агрегации частиц дисперсной фазы, в уменьшении их числа и степени нх сольватации (в случае водных растворов — гидратации), а также в уменьшении поверхности раздела между фазами и адсорбционной способности. [c.327] Коагуляционные структуры обладают определенным комплекс-сом механических свойств, обусловленным тонкими прослойками дисперсионной среды на участках контактов частиц дисперсной фазы. Сетчатый каркас из дисперсных частиц удерживается за счет межмолекулярных сил, которые невелики. Поэтому прочность коагуляционных структур незначительна. [c.327] Коагуляционные структуры проявляют структурную вязкость, т. е. изменение вязкости от предельно высоких значений, когда структура еще не разрушена, до предельно низких величин при полном разрушении структуры и ориентации частиц их длинной осью по направлению потока жидкости. Различие между этими предельными значениями вязкости может достигать 10 —10 раз. Высококонцентрированные коагуляционные структуры (пасты) пластичны, т. е. их деформация необратима. [c.327] Прн высушивании материалов, имеющих коагуляционную структуру, коагуляционные контакты переходят в точечные, прочность материала быстро возрастает, но он теряет пластичность. Оводненпе такого высушенного материала (например, бумажной массы, высушенной глины, керамической массы) приводит к его размоканию со снижением прочности. [c.328] Слабое взаимодействие частпц в сухих дисперсных системах обусловливает их пылевидность, что, в частности, отрицательно сказывается на плодородии слабоструктурированных почв. Плохую структуру почв исправляют, внося в них органические удобрения. В настоящее время структуру почв улучшают также, вводя в нпх синтетические полимеры, например полиакриламиды. Концентрация их в почве должна быть такова, чтобы макромолекулы, адсорбируясь на почвенных частицах, связали несколько таких частиц в единый агрегат (рис. 104,6). Аналогичным путем достигают закрепления песков и создают упрочненные грунтовые дороги. [c.328] Конденсационные дисперсные структуры в зависимости от механизма возникновения фазового контакта (рис. 104,г) между частицами дисперсной фазы подразделяются на два подтипа а) структуры спекания (срастания) и б) кристаллизационные структуры твердения. [c.328] Конденсационные структуры спекания (срастания) возникают в результате сварки, сплавления, спекания или склеивания дисперсных частиц в точках касания. Такая структура получается при термической обработке коагуляционной структуры, когда частицы дисперсной фазы свариваются по местам точечных контактов. Она характерна для ряда адсорбентов (силикагель, алюмогель), которые вследствие рыхлой их структуры являются хрупкими. [c.328] Конденсационная структура может быть получена и при конденсации дисперсной фазы из пересыщенных паров, растворов или расплавов. При образовании и росте зародышей новой фазы из концентрированных пересыщенных систем может возникнуть непрерывный сетчатый каркас путем срастания и переплетения растущих частиц дисперсной фазы. Если эти частицы представляют собой кристаллы, возникающие структуры называют кристаллизационно-конденсационными структурами твердения. [c.328] Образование кристаллизационных структур в процессе гидратационного твердения минеральных вяжущих материалов (алюминатно-силикатных цементов, гипса, извести) детально изучено школой П. А. Ребиндера. [c.328] Сцепление элементов конденсационных структур осуществляется путем образования хи.мических связей, что обусловливает значительную прочность этих структур. Конденсационные структуры не тиксотропны п не пластичны, это упруго-хрупкие, необратимо разрушаемце структуры, в отличие от тиксотропно-обра-тимых коагуляционных структур. [c.329] Область науки, изучающая физическую химию процессов дефоркпроваиия, разрушения и образования материалов и дисперсных структур, называется ф и -зико-химической механикой твердых тел н дисперсных структур. Она сформировалась в середине нашего века благодаря работам П. А. Ребиндера и его школы как новая область научного знания, пограничная коллоидной химии, молекулярной физике твердого тела, механике материалов и технологии их производства. Основной задачей физико-химической механики является создание материалов с заданными свойствами и оптимальной для целей их применение структурой. В частности, физико-химическая механика ставит своей задачей повышение прочности материалов. Этим достигается снижение массы и увеличение срока службы изделий, уменьшение расхода материалов на их изготовление, что приводит к повышению экономической эффективности производства. [c.329] Другая задача физико-химической механики тесно связана с. механической технологией — обработкой металлов, горных пород, стекол, пластиков путем дробления, давления, резания, волочения — и состоит в управлении прсисходя-щими при этом процессами деформации, образования новых поверхностей и диспергирования. [c.329] В 1928 г. П. А. Ребиндер обнаружил, что прочность кристаллов каменной соли и кальцита значительно понижается в водных растворах ПАВ по сравнению с нх прочностью на воздухе. Так был открыт эффект адсорбционного понижения прочности и облегчения деформации твердых тел, названный эффектом Рсбин-дера . [c.329] Вернуться к основной статье