Суспензии
СУСПЕНЗИИ (от позднелат.
suspensio-подвешивание), дисперсные системы, в к-рых твердые частицы дисперсной
фазы -находятся во взвешенном состоянии в жидкой дисперсионной среде (другой
часто применяемый термин-взвеси). Интервал размеров частиц-от десятых долей
мм до 10-7 м. Суспензии с меньшими частицами (< 10-7 м) относят
к дисперсным системам, верх. предел размеров частиц ограничен быстрым
оседанием частиц в гравитац. поле (см. Осаждение). Иногда суспензии подразделяют
на грубодисперсные собственно суспензии (размер частиц > 10-6 м) и тонкие
взвеси-системы с промежут. дисперсностью (10-6-10-7м).
Частицы грубодисперсных суспензий не проходят через бумажные фильтры, видимы в оптич.
микроскоп, практически не участвуют в броуновском движении и диффузии. Размеры
частиц суспензий могут быть определены методами микроскопия., ситового и седиментационного
анализа (см. Дисперсионный анализ), а также на основании данных
по адсорбции. Отдельные узкие фракции м. б. выделены из полидисперсной системы
с помощью сит, восходящего потока (на конусах) и отмучивания.
Получение суспензий. Два основных
способа-смешение сухих порошков с жидкостью или измельчение твердых тел в жидкости
(методы диспергирования) и выделение твердой фазы из жидкой среды (методы конденсации).
Методы диспергирования требуют затраты энергии на преодоление сил межмолекулярного
взаимод. и накопление своб. поверхностной энергии образовавшихся частиц. Измельчение
твердых тел осуществляют раздавливанием, истиранием, дроблением, расщеплением
мех. способом с помощью дробилок, ступок и мельниц разл. конструкции (шаровых,
вибро-, струйных, коллоидных), ультразвуком, а также электрич. методами.
Энергетич. затраты на диспергирование
в жидкой среде м. б. существенно снижены за счет адсорбционного понижения прочности
твердых тел при введении ПАВ (эффекта Ребиндера; см. Физико-химическая механика).
Частицы сферич. формы м. б. получены оплавлением в низкотемпературной плазме
дугового или высокочастотного разряда. В случае лиофильных дисперсных систем
диспергирование может происходить самопроизвольно (напр., суспензии бентонитовой глины
в воде), при этом увеличивается энтропия системы.
При получении суспензий методами
конденсации частицы твердой фазы выделяются из пересыщенных жидких р-ров, к-рые
образуются при охлаждении, изменении растворяющей способности среды (метод замены
р-рителя), вследствие хим. р-ций (окисления, восстановления, гидролиза, двойного
обмена), приводящих к образованию малорастворимых соединений [BaSO4,
AgI, CaCO3, Al(OH)3 и др.]. Размер частиц зависит от соотношения
скоростей образования зародышей и их роста. При небольших степенях пересыщения
обычно образуются крупные частицы, при больших-мелкие. Предварит. введение в
систему зародышей кристаллизации приводит к образованию практически монодисперсных
суспензий. Уменьшение дисперсности м.б. достигнуто в результате изотермич. перегонки
при нагревании. Дисперсность образующихся суспензий можно регулировать также введением
ПАВ. Суспензии очищают от примесей растворенных в-в диализом, электродиализом, фильтрованием,
центрифугированием.
Устойчивость суспензий. Грубодисперсные
суспензии седиментационно неустойчивы. Скорость седиментации (или всплывания частиц)
зависит от их размера, формы, разности плотностей частиц и среды, вязкости среды.
На практике широко используют понятие гидравлич. крупности суспензии, характеризующее
скорость оседания частиц (мм/с) в неподвижной жидкой среде. Скорости седиментации
сферич. частиц кварца в воде приведены в таблице.
Агрегативная устойчивость
суспензии (способность частиц сохранять свои первоначальные размеры, не слипаться)
зависит от плотности поверхностного электрич. заряда частиц, их потенциала (потенциал
Штерна), толщины двойного электрического слоя, интенсивности взаимод.
частиц со средой (лиофильности суспензии). Понижение этих параметров приводит к потере
агрегативной устойчивости. Осаждение частиц из суспензии (разделение фаз) м. б. значительно
ускорено путем их укрупнения в результате коагуляции (флокуляции) при
введении в суспензию электролитов (флокулянтов), под действием электрич. поля, магн.
или электромагн. полей, жесткого ионизирующего излучения, теплового воздействия.
Осадки, образующиеся из коагулированных суспензий, являются более рыхлыми, имеют больший
седиментационный объем, чем осадки, получаемые из агрегативно устойчивых суспензий.
Процессы разделения суспензий реализуются, напр., при очистке сточных вод в разл. типа
отстойниках, фильтрах, флотаторах, гидроциклонах и центрифугах.
В свободнодисперсных суспензиях
частицы свободно перемещаются в среде, в связнодисперсных - объединены в цепочки,
сетки и являются неподвижными либо перемещаются в среде единой массой (см. Гели).
Разбавленные суспензии являются ньютоновскими жидкостями, их вязкость мало отличается
от вязкости среды и линейно возрастает с ростом концентрации дисперсной фазы
согласно закону Эйнштейна (см. Реология). Дальнейшее увеличение концентрации
дисперсной фазы приводит к более резкому возрастанию вязкости суспензии, к-рое связано
с процессом структурообразования и переходом системы в связнодисперсную
(коагуляц. и конденсационно-кристаллизац.
структуры). Неограниченная устойчивость суспензий может быть получена при введении
в дисперсную систему полимеров.
Суспензии широко применяются в
хим., цементной, силикатной, керамич., горной, металлургич., бумажной, текстильной,
пищевой, кожевенной и др. областях пром-сти. Так, с суспензиями имеют дело при растворении
солей, выщелачивании, электрофоретич. осаждении твердой фазы при получении декоративных,
антикоррозионных и электроизоляц. покрытий, полупроводниковых пленок, электрофоретич.
дисплеев. В прир. условиях образование суспензий происходит при диспергировании почв,
грунтов и скальных пород под воздействием сил прибоя, приливно-отливных явлений,
при движении ледников, в результате выветривания и выщелачивания, при загрязнении
водоемов атм. пылью.
Лит.: Фролов Ю.
Г., Курс коллоидной химии, М., 1982; Фридрих-сберг Д. А., Курс коллоидной химии,
2 изд., Л., 1984.
Ю. М. Чернобережский.