Суспензии

Суспензии – средне- и грубодисперсные системы с твердой дисперсной фазой и жидкой дисперсионной средой (Т/Ж) и размером частиц от 10^-7 до 10^-4 м.

Природные воды (океаны, моря, озера, болота, реки), разнообразные искусственные водоемы содержат твердые частицы в виде осадков (ил), и с позиций коллоидной химии являются суспензиями. К суспензиям относятся влажные почвы и грунты. Многие продукты, которые мы употребляем в пищу, являются суспензиями. Например, томатная паста, готовая к употреблению горчица, паштеты, мясные фарши, шоколад (частицы какао в какао-масле).

В химической промышленности получение многих полимеров осуществляется суспензионной полимеризацией: капли мономера в воде, стабилизированные водорастворимыми ПАВ (желатин, крахмал), при полимеризации превращаются в твердые частицы, размер которых колеблется от 10^-6 до 10^-3 м. Таким методом получают полистирол, поливинилацетат и др.

К суспензиям относятся готовые к использованию цементные и известковые «растворы», применяемые в строительстве зданий и сооружений, масляные краски.

Высококонцентрированные структурированные суспензии называют пастами. В пастах пространственная сетка из частиц дисперсной фазы заполнена дисперсионной средой. Они обладают вязкостью, упругостью и пластичностью. Например, зубная паста представляет собой карбонат кальция (СаСО₃), растертый в порошок и в местах контакта частиц покрытый тончайшей пленкой водного раствора, содержащего различные добавки.

Частицы суспензии не участвуют в тепловом движении. Они обладают седиментационной неустойчивостью, но проявляют большую агрегативную устойчивость по сравнению с лиофобными коллоидными растворами. Агрегативная устойчивость суспензий зависит от среды, в которой она формируется. Хорошо смачивающая поверхность дисперсных частиц жидкая фаза повышает агрегативную устойчивость. Полярные частицы хорошо смачиваются полярными, а неполярные – неполярными жидкостями. На поверхности частиц образуется тончайшая пленка жидкой фазы, которая препятствует агрегированию частиц дисперсной фазы. Например, в бензоле (неполярной среде) мелкие частицы углерода (неполярные частицы) хорошо смачиваются бензолом и не слипаются. В воде (полярной среде) частицы углерода не защищены пленкой жидкости и происходит их агрегирование.

Для повышения агрегативной устойчивости суспензий используют стабилизаторы. Стабилизаторы – вещества, добавление которых в дисперсную систему повышает ее агрегативную устойчивость, т.е. препятствует слипанию частиц. В качестве стабилизаторов широко используются коллоидные растворы ПАВ и растворы ВМС (рис. 41). При стабилизации частиц углерода в воде мыло, имеющее дифильное строение, окружает частицы таким образом, что их гидрофильная часть обращена в сторону воды, а гидрофобная располагается вокруг частицы углерода (рис. 41, а).

Рис. 41. Стабилизация суспензии поверхностно-активным веществом (мылом): а) углерода в воде; б) кварцевого песка (SiO₂) в бензоле

И, наоборот, при стабилизации полярных частиц в неполярном растворителе, полярные группы ПАВ располагаются вокруг полярных частиц SiO₂, а их неполярные концы обращены в сторону неполярного бензола (рис 41, б). Мыло – поверхностно-активное вещество солюбилизирует (растворяет в мицеллах) частицы углерода в воде и полярные частицы SiO₂ в неполярном бензоле, стабилизируя эти дисперсные системы.

В случае высокомолекулярных соединений эффективными стабилизаторами являются некоторые белковые вещества и полисахариды (желатин, крахмал, метоксипропилцеллюлоза), которые также являются поверхностно-активными веществами.