Молекулярно-адсорбционная стабилизация дисперсных систем играет большую роль в устойчивости дисперсий как в водной, так и в неводных средах.
Дисперсные системы в неводных средах в принципе менее устойчивы, чем в водной среде. В неполярной и не содержащей воды дисперсионной среде частицы дисперсной фазы лишены электрического заряда. Электрический фактор стабилизации отсутствует.
Между дисперсными частицами существуют только силы взаимного притяжения. Ослабление этих сил, приводящее к стабилизации дисперсных систем, может происходить в результате образования вокруг коллоидных частиц адсорбционных слоёв из молекул дисперсионной среды и растворённых в ней веществ.
Такие слои ослабляют взаимное притяжение частиц дисперсной фазы и создают структурно-механический барер, препятствующий их сближению.
Стабилизация дисперсных систем за счёт сольватации дисперсной фазы молекулами дисперсионной среды возможна как в полярных, так и в неполярных средах.
Так, гидратация частиц глины и кремневой кислоты имеет существенное значение для устойчивости суспензий глин и золя кремневой кислоты в водной среде.
Однако, стабилизация дисперсных систем значительно более эффективна при добавлении к ним поверхностно-активных веществ (ПАВ) и высокомолекулярных соединений, адсорбирующихся на границе раздела фаз.
Адсорбционные слои ПАВ и высокомолекулярных соединений, обладая упругостью и механической прочностью, надёжно предотвращают слипание дисперсных частиц.
Образование таких молекулярно-адсорбционных твёрдообразных поверхностных слоёв советский физик П.А. Ребиндер назвал структурно-механическим фактором стабилизации дисперсных систем.
Этот механизм играет основную роль при получении предельно устойчивых высококонцентрированных пен, эмульсий, коллоидных растворов и суспензий не только в неводных, но и в водных средах.
Для структурно-механической стабилизации дисперсий в водной среде применяют мыла щелочных металлов, белки, крахмал, а в неводных средах – мыла щелочноземельных металлов, смолы каучуки. Такие вещества называют защитными коллоидами.
Эмульсии и эмульгаторы.
Грубодисперсные системы
Эмульсии это один из видов грубодисперсных систем. Помимо эмульсий к грубодисперсным системам относятся суспензии, пены, порошки и пр.
Грубодисперсные системы отличаются от коллоидных систем более крупным размером частиц дисперсной фазы. Верхний предел размеров коллоидных частиц составляет ~10-7м, грубодисперсные системы имеют размер частиц от 10-7 м и выше.
Эмульсии
Эмульсиями называют дисперсные системы из несмешивающихся жидкостей. В таких системах, состоящих, например, из двух жидкостей, одна из них (дисперсная фаза) взвешена в другой (дисперсной среде) в виде капелек.
Размеры капелек различны и могут достигать 5 · 10-6 м и выше.
Ряд свойств эмульсий сходен со свойствами коллоидов: они также имеют выраженную поверхность раздела, неустойчивы и нуждаются в стабилизаторах (эмульгаторах).
Эмульсии могут образовывать только взаимно нерастворимые жидкости. Чаще всего эмульсии состоят из воды и жидкости, которые принято называть «маслом». Молекулы масла менее полярны, чем молекулы воды и в этом кроется секрет взаимной нерастворимости этих веществ.
Возможны два типа эмульсий: масло в воде (м/в) и вода в масле (в/м).
При энергичном взбалтывании смесей, состоящих из воды и масла, компонент, содержащийся в меньшем количестве, дробиться на мельчайшие капельки, распределяющиеся по всему объёму.
Если дисперсной фазой является масло, то образуется эмульсия, в которой капельки жидкости по свойствам очень схожи с частицами гидрофобного коллоида.
Главным фактором их устойчивости также является заряд, возникающий за счёт адсорбции некоторых ионов, обладающих этим зарядом. Таким образом капельки эмульсии имеют некоторый ζ -потенциал.
Обычно концентрация дисперсной фазы в эмульсиях чистых жидкостей (без стабилизаторов) не превышает 2%.
Устойчивость таких эмульсий невысока, легко происходит самопроизвольное слияние капелек дисперсной фазы (так называемая коалесценция) и последующее расслоение жидкости. Чем меньше размер капелек, тем устойчевее эмульсия.
Коалесценция и коагуляция – два родственных процесса. Оба связаны с потребностью дисперсных систем уменьшить свою свободную энергию.
Термин коалесценция используют по отношению к слиянию капель жидкости или газовых пузырьков.
Коагуляция – это процесс слипания твердых частиц в дисперсных системах с образованием более крупных частиц. Коагуляция ведёт к выпадению из коллоидного раствора осадка или к застудневанию.
Эмульгаторы
Достаточно устойчивую и концентрированную эмульсию можно приготовить лишь при добавлении стабилизатора (эмульгатора).
Эмульгаторы не только сообщают капелькам эмульгируемой жидкости заряд, но, главным образом, создают вокруг них своеобразную оболочку, препятствующую коалесценции.
