Коагулирующее действие электролитов.

Выше говорилось о том, что электростатическое отталкивание частиц обусловлено наличием двойного электрического слоя. Энергия отталкивания зависит от параметров ДЭС – его толщины, потенциала поверхности и -потенциала. Чем выше значение и -потенциалов, тем сильнее происходит отталкивание при перекрывании ДЭС.

При введении электролита изменяются параметры ДЭС, следовательно, изменяется устойчивость дисперсной системы, и может произойти коагуляция. Рассмотрим коагуляцию под действием индифферентных электролитов, неспособных химически взаимодействовать с поверхностью. При их введении значение потенциала поверхности не меняется, а -потенциал уменьшается, ДЭС сжимается, т.к. вследствие повышения концентрации противоиона компенсация заряда потенциалобразующих ионов происходит в слое меньшей толщины.

Рис. 11.11. Концентрационная коагуляция: 1-исходное состояние; 2-после введения электролита.

Энергия отталкивания изменяется симбатно изменению потенциала, т.е. кривая идет круче с введением электролита. При введении электролита величина уменьшается, и когда , происходит концентрационная коагуляция, т.е. коагуляция, происходящая при введении индифферентного электролита и обусловленная повышением концентрации противоионов. Концентрационная коагуляция происходит при достижении порога коагуляции , где – валентность добавляемого иона.

Коагуляция под действием неиндифферентных электролитов называется нейтрализационной, т.к. она вызвана нейтрализацией заряда поверхности при введении неиндифферентного электролита. Ионы неиндифферентного электролита достраивают кристаллическую решетку поверхности частицы. Если потенциалобразующий ион вводимого электролита имеет знак, противоположный заряду частицы, то значение и уменьшаются (рис. 11.12).

Рис. 11.12. Нейтрализационная коагуляция: 1-исходное состояние; 2-после введения электролита.

Энергия отталкивания изменяется, а значение на результирующей кривой уменьшается. Когда достигает , происходит нейтрализационная коагуляция.

Наименьшая концентрация электролита, при которой начинается коагуляция, называется порогом коагуляции. Порог коагуляции зависит от метода его определения и от концентрации золя. На рис.11.13 показана зависимость скорости коагуляции от концентрации электролита.

Рис. 11.13. Зависимость скорости коагуляции от концентрации электролита.

В области 1 система является устойчивой, в области 2 происходит медленная коагуляция, в области 3 – быстрая коагуляция. Точки перегиба соответствуют порогам медленнрй ( ) и быстрой ( ) коагуляции.

Введение электролита в дисперсную систему снижает потенциальный барьер, который при определенной концентрации, соответствующей порогу быстрой коагуляции, становится равным нулю, а скорость коагуляции – максимальной.

Трем состояниям устойчивости дисперсных систем отвечают три характерных вида потенциальных кривых (рис. 11.14).

Рис. 11.14. Потенциальные кривые для дисперсных систем с разной устойчивостью.

Кривая 1 соответствует такому состоянию дисперсной системы, когда при любом расстоянии между частицами энергия притяжения преобладает над энергией отталкивания. При таком состоянии системы наблюдается быстрая коагуляция.

Энергетический барьер и вторичный минимум на кривой 2 указывают на такое состояние системы, когда возможна обратимая коагуляция. Высокий потенциальный барьер и отсутствие минимума на кривой 3 соответствует агрегативно устойчивой системе, когда вероятность образования агрегатов частиц крайне мала.

При концентрации электролита, равной порогу быстрой коагуляции, потенциальная кривая находится в области отрицательных значений энергии и имеет максимум, отвечающий нулевому потенциальному барьеру и расположенному на оси абсцисс (пунктирная кривая 4 на рис. 11.14). Точке касания потенциальной кривой оси абсцисс соответствуют два условия: равенство нулю суммарной энергии взаимодействия частиц и ее и . Эти условия отвечают не изоэлектрической точке, а некоторому критическому значению -потенциала, лежащему в пределах 25÷40 мВ.