ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Дисперсность твердых фаз и критерий агрегируемости из "Высококонцентрированные дисперсные системы" Возможность образования и сохранения устойчивости коагуляционных структур определяется прежде всего возникновением контактов между дисперсными фазами. При этом сила сцепления в контактах между ними должна быть достаточной, чтобы исключить седиментацию частиц под действием на них силы тяжести и разрушение структурной сетки в результате участия коллоидных частиц в тепловом броуновском движении. [c.26] В последние годы [52] экспериментально методом скрещенных нитей показано, что на малых расстояниях молекулярное притяжение на больщих F T BjH . Это последнее соотношение хорощо согласуется с теорией Е. М. Лифшица [53], учитывающей электромагнитное запаздывание дисперсионных сил. [c.27] По [54] электромагнитное запаздывание действия дисперсионных сил начинает вносить возрастающую поправку в величины Е и F на расстоянии между частицами Я 10 м [29, 55], превышающем длины волн поглощения атомов и молекул контактирующих тел. [c.27] Расчет по приведенным выше соотношениям показывает, что для коагуляционного контакта, образованного частицами твердой фазы через равновесную по толщине прослойку жидкой дисперсионной среды, F составляет 10 10 Н. При непосредственном (атомном контакте между частицами) 10 -j-10 H. [c.27] По данным, приведенным в работе [59], пололсение силового барьера соответствует расстоянию 10 Ч-3-10 м между скрещенными платиновыми нитями при различной концентрации КС1 в воде. По данным А. Ф. Полака [18] Ямин 10 м. Близкие к этим значениям Ямако 1,5-10 м экспериментально установлены в работе [60], по данным [61] Ямакс достигает 10 м (для полисти-рольных частиц). [c.28] Способность дисперсных систем к проявлению тиксотропии [62] в значительной степени связана с возможностью фиксации частиц дисперсных фаз при достаточной их концентрации в положении дальнего энергетического минимума [21]. Вместе с тем, вероятность фиксации частиц на расстоянии ближней коагуляции возрастает с ростом дисперсности и концентрации твердой фазы вследствие уменьшения потенциального барьера, для крупных же частиц более вероятна фиксация в дальней потенциальной яме [21]. Это обстоятельство, как будет показано ниже, оказывается существенным не только для коагуляционного структурообразования, но и для разрущения коагуляционных структур внещними силовыми полями. [c.28] Количественной мерой процесса может служить величина кинетической энергии, необходимой для преодоления энергетического барьера, сообщаемой частицами внещним силовым полем. По [18] максимальное значение кинетической энергии, которая должна быть сообщена частицам дисперсной фазы для преодоления энергетического барьера и фиксации в положении ближней коагуляции (см. рис. 2). [c.28] Соответственно и энергия разрыва связей при разрушении коагуляционной структуры с фиксацией частиц в положении ближней потенциальной ямы оказывается на два порядка больше, чем при фиксации в положении дальней коагуляции [18]. [c.28] Хотя величина энергетического барьера с уменьшением размера частиц падает пропорционально уменьшению радиуса кривизны поверхности, но кинетическая энергия, необходимая для преодоления этого барьера, пропорциональна кубу радиуса. Поэтому в соответствии с формулой (1.12) для его преодоления по мере уменьшения размера частиц скорость, сообщаемая частице внешней силой, должна резко возрастать. [c.29] На основе теории молекулярного взаимодействия конденсированных фаз [29, 50, 51, 53, 55] и экспериментальных данных, полученных при ее проверке [29, 52], рассчитаем (по порядку величин) значения силы Рс и энергии Е взаимодействия дисперсных фаз в виде сфер (например, частиц кварца) радиусом 10 , 10 , 10 5 и 10 м (т. е. частиц коллоидных размеров и существенно превышающих их) в зависимости от расстояния между частицами Я. При этом в качестве фиксированных значений Я примем наиболее характерные вероятные значения расстояний, приведенные выше. [c.29] При непосредственном атомном контакте и при контакте, осуществляемом через прослойку дисперсной среды толщиной Н, меньшую длины волн поглощения (Л 1 нм), примем для кварцевых частиц значение константы Гамакера без учета электромагнитного запаздывания Л 10 —Дж [29]. Для расчета величин Рс VI Е при значениях Я Л с учетом электромагнитного запаздывания примем для кварцевых частиц значение 5 = 0,57- 10 2 Дж-см [29]. [c.29] Следовательно, для рассмотренных случаев, вероятность разрыва связей между частицами в результате их участия в тепловом броуновском движении достаточно велика. [c.29] Учитывая, однако, что в реальных структурах любая частица фиксируется в структурной сетке как минимум двумя элементарными контактами с соседними частицами, вероятность разрыва контактов под влиянием теплового движения частиц уменьшается. [c.29] Таким образом, по мере увеличения концентрации дисперсной фазы в жидкой (или газовой) дисперсионной среде и перехода от разбавленных коллоидов в область концентрированных систем можно выделить ряд наиболее вероятных состояний, характеризуемых фиксированным расстоянием между частицами дисперсных фаз Я и, следовательно, уровнем энергии и силы взаимодействия между частицами. [c.29] Но такое разделение на микрогетерогенные (коллоиднодисперсные) и грубодисперсные системы [9], действительно оправданное для разбавленных дисперсий, становится неправомерным при переходе к концентрированным и особенно к высококонцентрированным дисперсным системам. [c.32] Представляется более целесообразным следующий подход [14, 37]. Главная общая особенность объекта физико-химии дисперсных систем — сильно развитая межфазная поверхность и, как следствие, больщое значение избыточной поверхностной энергии Гиббса. По существу это обстоятельство предопределяет все основные свойства разнообразных объектов коллоидной химии в очень широком диапазоне дисперсности, выходящем за рамки традиционной границы между разбавленными коллоидами и грубодисперсными системами. И хотя удельная поверхность, т. е. поверхность единицы массы дисперсной фазы, по мере перехода от коллоидно-дисперсных к грубодисперсным системам непрерывно падает, поверхность, отнесенная к единице объема дисперсной системы Зу, может даже расти лри переходе в область систем с существенно большим размером (диаметром) частиц дисперсной фазы, если этот переход компенсируется увеличением концентрации дисперсной фазы в единице объема ф. [c.32] Самопроизвольное образование пространственных структур — главное следствие характерных для рассматриваемых дисперсных систем развитой поверхности и высокой концентрации ф, что и определяет основные для них структурно-реологические свойства. Именно поэтому рассмотрению этих структур и их свойств будет уделено главное внимание в последующих главах. Вместе с тем сам факт образования таких пространственных структур в концентрированных системах позволяет с новых позиций подойти к определению нижнего предела дисперсности и соответствующего критического размера частиц, разграничивающего рассматриваемые системы от грубодисперсных систем [37]. [c.33] Как уже отмечалось выше, основные свойства разбавленных коллоидов — агрегативная и кинетическая устойчивость — рассматриваются на фоне участия частиц дисперсных фаз в тепловом броуновском движении. Если такие разбавленные коллоидно-дисперс-ные системы агрегативно устойчивы, то они обычно достаточно устойчивы и седиментационно. В этом случае их свойства определяются соотноп1ением взаимодействия дисперсных фаз и их участия в тепловом броуновском движении, что и предотвращает седиментацию частиц, обеспечивая кинетическую устойчивость системе в целом в поле действия силы тяжести. [c.33] Таким образом, как мы уже отмечали выше, наличие пространственной структуры, образованной сцеплением частиц дисперсных фаз между собой, — естественное и наиболее общее свойство концентрированных дисперсных систем. Поэтому можно полагать, что критический размер частиц (по порядку величины) можно определить из условия соизмеримости сил сцепления между ними в структурной сетке и их весом, пока и поскольку структурная сетка существует и частицы удерживаются ею в поле действия силы тяжести. Естественно, такое определение предполагает, что концентрация дисперсной фазы соответствует тому минимуму (фс ), при котором структура может возникнуть, так как по мере роста концентрации выше этого минимума кинетическая устойчивость системы будет заведомо обеспечена. [c.34] В приведенном расчете сделаны два взаимосвязанных допущения. [c.35] Вернуться к основной статье