Устойчивость коллоидных растворов: седиментационная, агрегативная. Факторы, влияющие на устойчивость лиозолей

Биологические жидко­сти живого организма, такие как кровь, плазма, лимфа, спинно­мозговая жидкость, моча, представляют собой коллоидные системы. О состоянии организма можно судить по многим показателям этих жидкостей, и прежде всего крови. Наличие патологических процессов сопровождается изменением количества форменных элементов крови (эритроцитов, лейкоцитов и др.), скорости осе­дания эритроцитов (СОЭ), свертываемости крови и др. Все эти свойства связаны с устойчивостью биологических жидкостей, по­этому изучение устойчивости коллоидных растворов и факторов, влияющих на нее, очень важно для медиков и биологов.

Устойчивость дисперсных систем характеризует спо­собность дисперсной фазы сохранять состояние равно­мерного распределения частиц дисперсной фазы во всем объеме дисперсионной среды.

В дисперсных системах различают седиментационную и агрегативную устойчивость.

Седиментационная устойчивость характеризует спо­собность частиц дисперсной фазы находиться во взвешенном состоянии и не оседать под действием сил тяжести.

Агрегативная устойчивость характеризует способ­ность частиц дисперсной фазы противодействовать их слипанию между собой и тем самым сохранять неиз­менными cвои размеры.

Грубодисперсные системы гетерогенны и неустойчивы. Они самопроизвольно расслаиваются на дисперсную фазу и дисперси­онную среду, так как относительно крупные частицы дисперсной фазы под действием сил тяжести оседают (седиментируют).

Истинные растворы гомогенны и неограниченно устойчивы, поскольку в них не происходит самопроизвольное выделение рас­творенного вещества из системы.

Коллоидные растворы относятся к ультрамикрогетерогенным системам и по устойчивости занимают промежуточное положе­ние между грубодисперсными системами и истинными растворами. Коллоидные растворы обычно представляют собой седиментационно устойчивые системы, что обусловлено малыми разме­рами частиц и их интенсивным броуновским движением.

Агрегативная устойчивость коллоидных растворов с ионным стабилизатором обусловлена наличием на поверхности частиц «рыхлой» ионной атмосферы из гидратированных противоионов, которая увеличивает сродство коллоидных частиц к дисперсной среде и препятствует их слипанию (коагуляции). Ее можно рас­сматривать как результат взаимодействия двух противоположно направленных сил, которые одновременно действуют на сбли­жающиеся коллоидные частицы: вандерваальсовых сил межмоле­кулярного притяжения и электростатических сил отталкивания, которые возникают между одноименно заряженными частицами. При сближении коллоидных частиц на расстояние 10^-9-10^-6 м в области перекрывания их ионных атмосфер, в тонких жидких пленках, разделяющих две твердые поверхности (поверхности ядер), возникает так называемое расклинивающее давление. Оно складывается из трех основных составляющих:

· электростатическое отталкивание одноименно заряженных частиц за счет большого скопления противоионов в области кон­такта ионных атмосфер;

· расклинивание за счет упругих свойств гидратных оболо­чек, окружающих противоионы и состоящих из ориентирован­ных (упорядоченных) диполей воды;

· расклинивание за счет осмотического всасывания молекул растворителя в область контакта ионных атмосфер, т. е. в об­ласть большого скопления противоионов.

Рис. 6.9. Схема агрегативной устойчивости мицелл коллоидных растворов

В коллоидных растворах с ионным стабилизатором главной составляющей расклинивающего давления является электроста­тическое отталкивание одноименно заряженных частиц. Величи­на расклинивающего давления зависит от заряда твердой фазы, т.е. от значения межфазного потенциала Ф_мф, а также от толщи­ны ионной атмосферы, главным образом ее диффузного слоя, т. е. от значения ζ-потенциала (рис. 6.9). Чем выше заряд твердой фазы, чем больше толщина диффузного слоя и больше значение ζ-потенциала, тем больше расклинивающее давление между частицами и выше агрегативная устойчивость коллоидного рас­твора. Когда диффузный слой мицеллы тонкий и ζ-потенциал меньше 30 мВ, упругие свойства диффузного слоя невелики, и поэтому при столкновении мицелл происходит перекрывание этих слоев, что приводит к преобладанию сил притяжения и потере агрегативной устойчивости. Таким образом, коллоидные растворы с ионным стабилизатором агрегативно неустойчивы, если их мицеллы имеют ζ<30 мВ относительно устойчивы, если 30 < ζ < 50 мВ и устойчивы, если ζ > 50т мВ.