Виды устойчивости гетерогенных систем

Под устойчивостью гетерогенных систем понимают способность сохранять свои свойства и состояние в неизменном виде. Устойчивость суспензий и эмульсий условна, она означает лишь некоторую степень постоянства их свойств. Различают следующие виды устойчивости:
<; агрегативная; < конденсационная; < кинетическая (седиментационная).

Все виды устойчивости тесно связаны друг с другом, взаимосвязаны. Агрегативная устойчивость - способность частиц фазы противостоять образованию агрегатов. При агрегативной неустойчивости частицы фазы образуют агрегаты, состоящие из первичных исходных частиц. При образовании агрегатов сохраняются сольватные оболочки первичных частиц.

Агрегативно неустойчивая система склонна к разделению фазы и среды. В суспензии образуется осадок, агрегаты легко оседают, в эмульсиях происходит коалесценция.

Агрегация - это неглубокое изменение свойств суспензии, она обратима при взбалтывании.

Конденсационная устойчивость - способность частиц фазы противостоять образованию конденсатов. В отличие от агрегации при конденсационной неустойчивости образуются более крупные частицы, некоторые индивидуальные свойства исходных частиц при этом теряются: образуется общая сольват" пая оболочка.

Конденсация - более глубокое изменение свойств суспензии. При взбалтывании исходное состояние не восстанавливается.

В прямой зависимости от агрегативной и конденсационной устойчивости находится седиментационная устойчивость, или кинетическая.

Кинетическая устойчивость системы - способность противостоять разделению фазы и среды. В суспензии кинетическая неустойчивость выражается седиментацией (оседанием) твердой фазы, а в эмульсиях - коалесценцией (расслаиванием).

Скорость седиментации является величиной обратной скорости осажде­ния частиц, которая определяется законом Стокса.

где: V - скорость седиментации.

r - радиус частиц фазы.

- разность плотностей фазы и среды.

g- ускорение свободного падения.

- вязкость среды.

Из формулы можно определить факторы седиментационной устойчивости:

1. Радиус частиц. Чем мельче частицы, тем они медленнее оседают.

2. - вязкость. Чем больше вязкость среды, тем устойчивее система.

При приготовлении гетерогенных систем учитывают факторы, влияющие на все виды устойчивости.

Стабилизация гетерогенных систем осуществляется как с помощью технологических приемов, так и с помощью стабилизаторов.

Цель стабилизации (независимо от способов) предотвратить разделение дисперсной системы на фазу и среду, обеспечить однородность.

Технологические приемы стабилизации:

< тщательное измельчение дисперсной фазы. В суспензиях твердая фаза измельчается в присутствии расклинивающей жидкости на стадии приготовления пульпы.

< использование загустителей дисперсионной среды.

Технологические приемы обеспечивают стабильность суспензий лишь гидрофильных веществ, на поверхности которых образуется сольватная (гидратная) оболочка. Однако, при изготовлении суспензий из гидрофобных веществ и эмульсий, на поверхности частиц дисперсной фазы сольватной оболочки не образуется и дисперсионная среда (вода) выталкивает не родственное ей вещество на поверхность, в результате чего происходит флокуляция (в суспензиях) или коалесценция (в эмульсиях). Для стабилизации дисперсной фазы в дисперсионной среде необходимо введение стабилизатора - вспомогательного вещества. Стабилизирующий эффект проявляется в силу действия различных механизмов. Различают несколько механизмов стабилизации гетерогенных систем.

1. Снижение запаса свободной поверхностной энергии.

В связи с наличием поверхности раздела в гетерогенных системах образуется запас свободной поверхностной энергии, которая стремится к минимуму. Это стремление реализуется через укрупнение частиц путем агрегации или кон­денсации. В результате система становится неустойчивой, расслаивается. , где

e- свободная поверхностная энергия.

s - поверхностное натяжение,

S - суммарная поверхность.

В гетерогенных системах свободная поверхностная энергия может быть понижена за счет уменьшения поверхностного натяжения на границе раздела фазы и среды с помощью ПАВ.