Н. Каразина С. В
жүктеу/скачать 1,02 Mb.
|
Физическая и коллоидная химия. Часть II. Коллоидная химия ( PDFDrive )
| ТЕОРИЯ УСТОЙЧИВОСТИ ГИДРОФОБНЫХ КОЛЛОИДОВ ДЛФО
Агрегативная устойчивость дисперсных систем определяется соотно- шением сил притяжения, которые обусловлены межмолекулярными ван- дер-ваальсовыми силами, и сил электростатического отталкивания. Со- временная физическая теория устойчивости коллоидных систем была развита Б. В. Дерягиным и Л. Д. Ландау (1937), Э. Фервеем и Я. Овербеком (1941). В соответствии с первыми буквами фамилий авто- ров теория носит название ДЛФО. В теории ДЛФО в качестве основного параметра, характеризующего стабильность коллоидной системы рас- сматривает расклинивающее давление – давление, которое необходимо приложить со стороны коллоидных частиц, чтобы толщина межфазной прослойки осталась неизменной. При сближении двух поверхностей про- сходит утоньшение разделяющей их прослойки (пленки) дисперсионной среды, требующее затраты энергии на преодоление взаимодействия по- верхностных слоев. При этом можно говорить, что для сближения частиц необходимо совершить работу против сил дополнительного, сверх гидро- статического давления в фазе, частью которой является пленка, раскли- нивающего давления. С учетом расклинивающего давления выражение для избыточной энергии Гиббса межфазной пленки имеет вид: s s s Gs dGP.T i dni 1ds 2ds h dh , (9.2)
где 1 и 2 p,T, n, s – поверхностное натяжение в межфазных слоях (на границах поверхностей частиц и пленки), h – толщина межфазной пленки, Gs – вклад расклинивающего давление в избыточную энергию h T , p, n, s Гиббса межфазной пленки. При отнесении этой величины к единице площади поверхности раздела получаем выражение для расклинивающе- го давления, как удельной избыточной величины: 1 Gs p p0 s h . (9.3)
где T , p, n, s p0 – гидростатическое давление в фазе, которая окружает частицы, p – давление в межфазной пленке. Расклинивающее давление считается положительным, если вызывает отталкивание частиц, и отрицательным, если вызывает притяжение. Поэтому в уравнении (9.3) перед производ- ной стоит знак минус. Расклинивающее давление является суммарной ве- личиной, зависящей как от сил притяжения, так и сил отталкивания, дей- ствующих в пленке. Существуют различные составляющие расклиниваю- щего давления. Электростатическая составляющая обусловлена взаимодействием за- рядов поверхностей и окружающих их диффузных слоев. Для одноименно заряженных частиц эта составляющая имеет положительный знак, для разноименно заряженных – отрицательный. Молекулярная составляющая расклинивающего давления обусловле- на ван-дер-ваальсовыми силами межмолекулярного взаимодействия. Наибольший вклад дают дисперсионные (лондоновские) взаимодействия. Молекулярная составляющая вносит отрицательный вклад в расклини- вающее давление. Структурная составляющая расклинивающего давления обусловлена образованием на поверхности частиц сольватных слоев с особой структу- рой. При сближении таких частиц необходимо затратить работу на удале- ние сольватных слоев, что дает положительный вклад в расклинивающее давление в лиофильных системах и отрицательный – в лиофобных. Адсорбционная состав- ляющая возникает при пере- крывании адсорбционных слоев сближающихся частиц. При этом разница концентраций мо- лекул и ионов в слоях создает осмотический поток раствори- теля в пленку, разделяющую поверхности, что дает положи- тельный вклад в расклиниваю- щее давление. Наибольшее значение в большинстве случаев имеют электростатическая и молеку- лярная составляющие. При интегрировании выра- жения (9.3) для расклиниваю- щего давления, как функции толщины пленки, получают значение энергии взаимодейст- вия двух поверхностей. На ри- U Рис. 9.2. Кривые потенциальной энергии взаимодействия коллоидных частиц: 1 – энергии отталкивания; 2 – энергии при- тяжения; 3 – результирующая кривая. сунке 9.2 приведены зависимости потенциальной энергии взаимодействия поверхностей, как функции расстояния между ними. Положительные зна- чения U соответствуют отталкиванию поверхностей, а отрицательные – притяжению. Суммарную энергию системы из двух частиц получают сло- жением энергии отталкивания и энергии притяжения жүктеу/скачать 1,02 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|