Молекулярно-адсорбційна стабілізація дисперсних систем

У неполярному дисперсійному середовищі частки дисперсної фази позбавлені електричного заряду. Електричний фактор стабілізації відсутній. Між дисперсними частками діють тільки сили взаємного притягання. Ослаблення цих сил, що приводять до стабілізації дисперсних систем, може відбуватися в результаті утворення навколо колоїдних часток адсорбційних шарів з молекул дисперсійного середовища і розчинених у ній речовин. Такі шари послабляють взаємне притягання часток дисперсної фази і створюють механічну перешкоду їх зближенню.

Стабілізація дисперсних систем значно більш ефективна при додаванні до них ПАР і високомолекулярних сполук, що адсорбуються на границі розподілу фаз. Адсорбційні шари ПАР з високомолекулярних сполук, маючи пружність і механічну міцність, запобігають злипанню дисперсних часток. Утворення таких молекулярно-адсорбційних твердоподібних поверхневих шарів П.О. Ребіндер назвав структурно-механічним фактором стабілізації дисперсних систем. Цей механізм стабілізації відіграє основну роль при одержанні гранично-стійких висококонцентрованих пін, емульсій, колоїдних розчинів і суспензій не тільки в неводних, але й у водяних середовищах. Для структурно-механічної стабілізації дисперсій у водному середовищі застосовують мила лужних металів, білки, крохмаль, а в неводних середовищах – мила луго-земельних металів, смоли, каучуки. Такі речовини називають захисними колоїдами.

Г.А. Мартинов уявляє собі дію адсорбційних полішарів поверхнево-активних речовин наступним чином. Молекулярні сили притягання універсальні, тобто діють між будь-якими тілами. Уявимо тепер собі дві однакові частинки, дисперсну фазу яких позначимо через 1, а полімолекулярний адсорбційний шар через 2 (рис 5.8). Очевидно, що енергія взаємодії самих частинок буде дорівнювати (5.7):

V₁ ≈ K_1-1 / H² (5.7)

де: K_1-1 – константа, що характеризує взаємодію обох частинок; H – відстань меж частинками.

 

Рис. 5.8. Схема взаємодії частинок, що стабілізовані полішарами поверхнево-активних речовин: 1 – частинки; 2 – адсорбційний шар поверхнево-активної речовини; Н – відстань між частинками; h – товщина адсорбційного шару

 

Енергія взаємодії адсорбційних шарів (плівок), очевидно, складає (5.8):

 

U₂ = K_2–2 / (H – 2h)² (5.8)

де: K_2–2 – константа, що характеризує взаємодію адсорбційних шарів;
h – товщина адсорбційного шару.

 

Як можна бачити, закономірності взаємодії в обох випадках якісно однакові, міняються лише константи взаємодії і знаменники рівнянь.

На малих відстанях неможливо нехтувати вкладом плівки в енергію взаємодії частинок, і тоді енергія притягання частинок буде дорівнювати (5.9):

U₂ = K_1–1 / H² + K_2–2 / (H – 2h)² (5.9)

Таким чином, адсорбційний шар – структурно-механічний бар’єр, впливає на взаємодію частинок, не усуваючи їх притягання. Отже, адсорбційні плівки не повинні були б привести до підвищення агрегативної стійкості системи. Проте, якщо K_2–2 = 0, то молекулярним притяганням між плівками можна зневажити. В той же час стабілізуючі плівки можуть бути перешкодою, що протистоїть тісному зближенню частинок. Якщо частинки не можуть наблизитися одна до одної, то молекулярні сили притягання між ними будуть малі, оскільки відстань велика.

У відсутності до подвійного електричного шару ефективність адсорбційних стабілізуючих плівок визначається наступними умовами. По-перше, стабілізувальна плівка повинна бути достатньо ліофільною, тобто K_2–2 ≈ 0; по-друге, чим довше молекули речовини, що утворюють захисну плівку, тим більше відстань, на яку можуть наблизитися частинки дисперсної фази, і тим менші значення молекулярних сил притягання між ними (тобто тим вище агрегативна стійкість системи).