Стійкість дисперсних систем седиментация і дифузія
Мал. 3.1.2.4. Зміна z-потенціалу поверхні при її перезарядці (неправильні
ряди)
При ще більших концентраціях многовалентние іони перезаряджають колоїдну частинку і золь знову стійкий. У цій зоні x-потенціал знову вище критичної позначки, але протилежний за знаком часткам вихідного золю. Нарешті, при високому вмісті вихідного електроліту многовалентние іони знову знижують значення x-потенціалу нижче критичного і знову відбувається остаточна коагуляція.
Підвищення агрегативной стійкості золю шляхом введення в нього високомолекулярного з'єднання (ВМС) називається колоїдним захистом. Відбувається утворення захисної плівки на поверхні золю (гідратної або ВМС), що перешкоджає взаємодії частинок електроліту.
В якості кількісної характеристики коагуляції Зігмонді запропонував використовувати швидкість коагуляції.
Швидкість коагуляцііu- це зміна концентрації колоїдних частинок в одиницю часу при постійному обсязі системи.
.
де n - концентрація частинок;
t - час.
Знак «-» варто тому, що концентрація часток з часом зменшується, а швидкість завжди позитивна.
Ступінь коагуляції a:
,
де Z - загальне число зіткнень частинок в одиницю часу; Zеф - число ефективних зіткнень (тобто зіткнень, що призводять до коагуляції) в одиницю часу.
Якщо a = 0, коагуляція не відбувається, колоїдний розчин агрегативно стійкий.
Якщо a = 1, відбувається швидка коагуляція, тобто кожне зіткнення частинок призводить до їх злипання.
якщо 0 Щоб частинки при зіткненні злиплися, а не розлетілися як пружні кулі, повинен бути подоланий потенційний бар'єр коагуляції # 916; Uк. Отже, коагуляція відбудеться тільки в тому випадку, коли колоїдні частинки будуть володіти кінетичної енергією. достатньою дл подолання цього бар'єру. Для збільшення ступеня коагуляції необхідно знижувати потенційний бар'єр. Це може бути досягнуто додаванням до золю електроліту - коагулянту.
Залежність швидкості коагуляції від концентрації електроліту представлена на рис. 3.1.2.5.
На графіку видно три ділянки:
I..
Отже, кінетична енергія kТ <<ΔUк . (k – постоянная Больцмана) – лиофобный золь агрегативно устойчив.
Мал. 3.1.2.5. Залежність швидкості коагуляції від концентрації електроліту
II. , Тобто потенційний бар'єр коагуляції більше, але порівняємо з кінетичної енергією колоїдних частинок, причому зі збільшенням концентрації електроліту - коагулянту він зменшується, а швидкість коагуляції зростає. Скм - поріг повільної коагуляції, Скб - поріг швидкої коагуляції. Ця ділянка кривої виражає залежність:
На цій ділянці відбувається повільна коагуляція.
III.
Кожне зіткнення призводить до злипання частинок - йде швидка коагуляція.
Теорія швидкої коагуляції. розроблена М. Смолуховським в 1916 р заснована на наступних положеннях.
1. Вже згадана система є монодисперсної, радіус частинок r.
2.. тобто всі зіткнення є ефективними.
3. Розглядаються тільки зіткнення первинних частинок.
4. Кінетика коагуляції подібна кінетиці бімолекулярний реакції:
.
де k - константа швидкості коагуляції.
Проинтегрируем це рівняння, розділивши змінні:
.
де u0 - концентрація частинок золю в початковий момент часу;
ut - концентрація частинок золю в момент часу t.
Для характеристики швидкої коагуляції використовується період коагуляції (період половинної коагуляції) q.