ПОТЕНЦІЙНІ КРИВІ

Загальну енергію взаємодії між двома паралельними пластинами, що припадає на одиницю площі, відповідно до рівняння (7.4) можна отримати простим додаванням розглянутих вище рівнянь.

Для області малих потенціалів сумарна енергія взаємодії

дорівнює

При великих потенціалах і відстанях між пластинами ця енергія визначається рівнянням

Наведені рівняння визначають поведінку дисперсних систем. Їх стійкість і швидкість коагуляції залежать від знака і значення загальної потенційної енергії взаємодії частинок.

Раніше було показано, що позитивна енергія відштовхування Uj (h) зі збільшенням відстані зменшується за експоненціальним законом, а негативна енергія тяжіння (А) обернено пропорційна квадрату відстані. При зближенні частинок А 0 на малих відстанях енергія електростатичного взаємодії прагне до деякого постійного значення.

На малих відстанях між частинками при U ^ -> const ; енергія молекулярного тяжіння, навпаки, прагне до мінімуму U ^ - »- оо. На великих відстанях між частинками експонента убуває значігель-

але швидше, ніж статечна функція. В результаті на малих і великих відстанях мсжлу частками переважає енергія тяжіння, а на середніх відстанях - енергія відштовхування.

Розрізняють гри найбільш характерних виду потенційних кривих, що відповідають певним станам агрегативной стійкості дисперсних систем (рис. 7.2).

Первинний мінімум I відповідає безпосередньому злипанню частинок, вторинний мінімум II - їх тяжінню через прошарок середовища. Максимум, відповідний середнім відстаней, характеризує потенційний бар'єр, що перешкоджає злипанню частинок. Сили взаємодії можуть поширюватися на відстані до сотень нанометрів, максимальне значення енергії при цьому досягає 0,01 Дж / м 2 і більше.

Збільшенню потенційного бар'єру сприяє зростання потенціалу на поверхні частинок (р ^ в області його малих значень. З досвіду відомо, що вже при (р ^ ~ 20 мВ виникає потенційний бар'єр, що забезпечує агрегатівную стійкість дисперсної системи.

Зависмость енергії електростатичного відштовхування (/ -, (//), енергії-молекулярного тяжіння U  (h) і сумарної енергії взаємодії частинок (пластин) від відстані

Мал. 7.2. Зависмость енергії електростатичного відштовхування (/ -, (//), енергії-молекулярного тяжіння U M (h) і сумарної енергії взаємодії частинок (пластин) від відстані

Крива I відповідає такого стану дисперсної системи, при якому на будь-якій відстані між частками енергія тяжіння переважає над енергією відштовхування. Для такого стану характерна швидка коагуляція з утворенням агрегатів (в рідинах і газах це коа- лссценція).

Крива II при досить високому потенційному бар'єрі має вторинний мінімум. У системах, що знаходяться в такому стані, відбувається швидка коагуляція часток на відстанях відповідних вторинному мінімуму. Частинки у флоккуламі не мають безпосереднього контакту і розділені прошарками середовища. Такий стан допускає оборотність системи, після коагуляції можлива пептизація після усунення вторинного мінімуму.

Крива III відповідає стану системи з високим потенційним бар'єром при відсутності вторинного мінімуму. Ймовірність утворення агрегатів часток в таких умовах дуже мала і дисперсні системи мають агрегативной стійкістю.

Сумарна потенційна крива (енергетична діаграма) лежить в основі однієї з класифікацій структур, запропонованої П. А. Ребиндером. Різноманіття властивостей структур в дисперсних системах по П. А. Ребіндера можна розділити на два основні класи:

  • - конденсаційно-кристалізаційні (мінімум I);
  • - коагуляционное (мінімум 11).

Конденсаційно-кристалізаційні структури характерні для связнодісперсних систем з твердим дисперсійним середовищем, що володіють міцністю, крихкістю і нездатністю відновлюватися після руйнування.

Під коагуляційний розуміють структури, які утворюються при коагуляції частинок дисперсної фази. Зазвичай вони мають рідку дисперсійне середовище і для них характерна здатність відновлювати структуру після її механічного руйнування (тиксотропия). Взаємодія частинок в таких системах, що здійснюється через прошарки дисперсійного середовища, є виключно ван дер Ваальсових, тому каркас структури не може відрізнятися високою міцністю. Механічні властивості коагуляційних структур визначаються властивостями частинок і особливостями міжчасткових зв'язків і прошарків середовища, для них характерні в'язкість і пластичність (еластичність). Коагуляційні структури пов'язані з II мінімумом на потенційної кривої і відповідають безбарьер- ної коагуляції на далеких відстанях. Процеси структурування в них оборотні, під дією механічних навантажень таку структуру можна зруйнувати, але механізм такого руйнування інший, ніж в тілах зі структурою конденсаційно-центр кристалізації типу.

Самовільний перехід від коагуляційного типу структури до конденсаційно-кристалізаційних називається синерезис і пов'язаний зі старінням системи. Явище синерезиса часто спостерігається в технологічних процесах, наприклад, погіршення якості кондитерських виробів з часом.

Реальні тіла володіють різноманітною структурою, яка не дозволяє ділити дисперсні системи чітко на два класи. Існує безліч проміжних станів систем, однак класифікація за П. А. Ребіндера допомагає зв'язати механічні властивості тіл з їх будовою.

 
Переглянути оригінал
< Попер   ЗМІСТ   ОРИГІНАЛ   Наст >