Гетерокоагуляция и гетероадагуляция

Гетерокоагуляцией называется слипание разнородных частиц.

Один из типичных случаев гетерокоагуляции – так называемая взаимная коагуляция – слипание разноименно заряженных частиц, которое происходит за счет электростатических сил притяжения. Этот процесс широко используют для разрушения дисперсных систем, необходимого при очистке природных и промышленных сточных вод. Так, на водопроводных станциях перед подачей воды на песчаные фильтры к ней добавляют Аl(SO₄)₃ или FeCl₃ – положительно заряженные золи гидроксосоединений алюминия или железа, образующиеся в результате гидролиза, вызывают быструю коагуляцию взвешенных, отрицательно заряженных частиц почвы, микрофлоры и др.

Однако гетерокоагуляция может происходить и тогда, когда частицы золя несут заряды одного знака.

Гетероадагуляцией называют прилипание частиц дисперсной фазы к вводимой в систему чужеродной поверхности.

Термин «гетероадагуляция» – это сокращение полного названия: гетерогенная адгезионная коагуляция. По мнению С. С. Воюцкого, одной из причин потери устойчивости дисперсных систем в присутствии чужеродной поверхности является адсорбция стабилизатора на этой поверхности и уменьшение его концентрации в коллоидной системе.

Примером гетероадагуляции может служить отложение коллоидных частиц на волокне, используемое при дублении, крашении и т. д.

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Образование лиофобных дисперсных систем сопровождается увеличением свободной поверхностной энергии, поэтому дисперсные системы термодинамически неустойчивы. В то же время при определенных условиях они могут сохраняться в течение длительного времени.

Существует два вида относительной устойчивости дисперсных систем: седиментационная и агрегативная.

Седиментационная устойчивость – способность системы противостоять действию силы тяжести. Действию силы тяжести противостоит диффузия. Соотношение этих факторов, т. е. седиментационная устойчивость определяется, главным образом, размерами частиц дисперсной фазы. В лиофобных золях размеры частиц малы (10^-5 – 10^-7 см) и диффузия обеспечивает равномерное распределение частиц в объеме системы. Лиофобные золи седи-ментационно устойчивы.

Агрегативная устойчивость – способность системы сохранять неизменными во времени размеры частиц, т. е. противостоять их слипанию — коагуляции.

Существуют пять факторов, которые могут обеспечивать агрегативную устойчивость золя:

• электростатический;

• адсорбционно-сольватный;

• структурно-механический;

• энтропийный;

• гидродинамический.

Наиболее важным является электростатический фактор устойчивости, обусловленный наличием на поверхности коллоидных частиц ДЭС и электрокинетического потенциала. Снижение величины дзета-потенциала до 0,025 – 0,040 В приводит к началу коагуляции. Это достигается введением в золь любого сильного электролита. Коагулирующим действием обладает ион, заряд которого по знаку совпадает с зарядом противоиона в ДЭС. Коагулирующее действие иона тем больше, чем больше его заряд (правило Шульце-Гарди) и больше кристаллический радиус.

При действии на золь электролитами может возникать концентрационная или нейтрализационная коагуляция.

Концентрационная коагуляция происходит под действием индифферентного электролита вследствие сжатия диффузного слоя противоионов и уменьшения абсолютного значения дзета-потенциала.

Нейтрализационная коагуляция происходит при введении неиндифферентного электролита, который связывает потенциалопределяющие ионы, что приводит к уменьшению абсолютных величин термодинамического и электрокинетического потенциалов.

При действии на золь смеси двух электролитов возможны три случая:

• аддитивное действие (электролиты действуют независимо);

• синергизм действия (взаимное усиление коагулирующего действия);

• антагонизм действия (ослабление коагулирующего действия одного электролита другим).

Теория устойчивости лиофобных золей ДЛФО рассматривает процесс коагуляции как результат одновременного действия ван – дер – ваальсовых сил притяжения и электростатических сил отталкивания между частицами. В зависимости от соотношения этих сил в тонкой прослойке жидкости между сближающимися частицами возникает либо положительное расклинивающее давление, препятствующее их соединению, либо отрицательное, приводящее к утончению прослойки жидкости и коагуляции. Теория позволила рассчитать молекулярную и электростатическую составляющие расклинивающего давления и построить кривые потенциальной энергии системы в зависимости от расстояния между частицами. Потенциальный барьер и потенциальные ямы на кривых определяют агрегативную устойчивость и возможность коагуляции золей.

 

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1. Являются ли коллоидные растворы термодинамически устойчивыми?

2. Чем определяется седиментационная устойчивость дисперсных систем? Являются ли коллоидные растворы седиментационно устойчивыми?

3. Какие факторы агрегативной устойчивости лиофобных золей вам известны?

4. Сформулируйте правила коагуляции золей электролитами.

5. В чем состоит различие между нейтрализационной и концентрационной коагуляцией?

6. Сформулируйте основные положения теорий быстрой и медленной коагуляции.

7. В чем состоит сущность теории ДЛФО? Что называет­ся расклинивающим давлением?

8. Что представляют собой потенциальные кривые взаимодействия между коллоидными частицами? Как объясняются на их основе явления коагуляции?

9. Какие случаи коагуляции смесью электролитов вы знаете?

10. В чем заключаются защитное действие и сенсибилизация?

 

Закончив изучение главы 10, вы должны

1) знать:

• виды устойчивости дисперсных систем, чем они обусловлены;

• факторы агрегативной устойчивости золей;

• правила коагуляции электролитами;

• сущность теории ДЛФО;

2) уметь:

• сравнивать пороги коагуляции разных электролитов;

• анализировать потенциальные кривые взаимодействия коллоидных частиц.

 

ГЛАВА 11