КОАГУЛЯЦИЯ

КОАГУЛЯЦИЯ (от лат. coagulatio- свертывание, сгущение), объединение частиц дисперсной фазы в агрегаты вследствие сцепления (адгезии) частиц при их соударениях. Соударения происходят в результате броуновского движения, а также седиментации, перемещения частиц в электрич. поле (электрокоагуляция), мех. воздействия на систему (перемешивания, вибрации) и др. Характерные признаки коагуляции - увеличение мутности (интенсивности рассеиваемого света), появление хлопьевидных образований - флокул (отсюда термин флокуляция, часто используемый как синоним коагуляции), расслоение исходно устойчивой к седиментации системы (золя) с выделением дисперсной фазы в виде коагулята (осадка, сливок). При высоком содержании частиц дисперсной фазы коагуляция может приводить к отверждению всего объема системы вследствие образования пространств, сетки коагуляц. структуры (см. Гели, Структурообразование). В относительно грубодисперсных системах (суспензиях) при отсутствии броуновского движения первичных частиц о коагуляции можно судить по изменению седиментации - от оседания независимых первичных частиц с постепенным накоплением осадка (бесструктурная седиментация) к оседанию агрегатов сплошным слоем; при достаточно высокой концентрации частиц в системе такой слой образует четкую границу (структурная седиментация). Кроме того, коагуляция приводит к увеличению конечного объема осадка. коагуляция сама по себе (не осложненная изотермич. перегонкой или коалесценцией) не приводит к изменению размера и формы первичных частиц (см. Дисперсные системы). Коагуляция наиб. характерна для дисперсий твердых в-в (золей, суспензий), в к-рых, в отличие от эмульсий и пен, коалесценция невозможна даже при непосредств. контакте частиц после прорыва разделяющих их пленок жидкости. Процесс, обратный коагуляции,-распад агрегатов до первичных частиц, наз. пептизацией. Между -коагуляцией и пептизацией может устанавливаться динамич. равновесие, к-рое для систем с броуновским движением частиц отвечает условию: 401_420-30.jpg где Е - энергия связи частиц в контакте, z - координац. число частицы в пространств, структуре коагулята, v3 - объем, приходящийся на одну частицу в золе (при концентрации частиц nv3=1/n), vк - эффективный объем, в к-ром происходят смещения частицы относительно положения равновесия в пространств, коагуляц. структуре, k постоянная Больцмана, Т-абс. т-ра. В лиофильных дисперсных системах, характеризующихся низкими значениями уд. межфазной энергии и соотв. энергии связи Е, могут реализоваться условия, когда 1/2zE<kTln(v1/vк) и коагуляция термодинамически невозможна. В лиофобных системах, когда потенц. минимум на кривой зависимости энергии Е от расстояния между частицами достаточно глубок, концентрация частиц золя n=1/v3 в равновесии с коагулятом пренебрежимо мала, т.е. коагуляцию можно считать практически необратимой. Устойчивость лиофобных золей к коагуляции может быть вызвана наличием энергетич. барьера в нек-рой области расстояний между частицами, препятствующего их дальнейшему сближению и связанного с преобладанием отталкивания частиц над их притяжением, обусловленным межмолекулярными взаимодействиями. Согласно теории Дерягина-Ландау-Фервея-Овербека (теории ДЛФО), возникновение такого барьера рассматривается как результат электростатич. отталкивания частиц из-за наличия на их пов-сти двойного электрического слоя. Отталкивание частиц может иметь и др. причины, напр. оно м. б. обусловлено тем, что граничные (сольватные) слои жидкости имеют структуру, отличную от структуры в объеме дисперсионной среды, или наличием адсорбц. слоев ПАВ (структурно-мех. барьер по Ребиндеру), а также м. б. связано с др. дальнодействующими поверхностными силами (см. Расклинивающее давление). Кинетика броуновской коагуляции лиофобных коллоидных систем подчиняется теории Смолуховского. Время t, за к-рое число независимых кинетич. единиц (отдельных частиц или агрегатов) уменьшается вдвое, определяется выражением:

t=3h/4kTn0a,

где h - вязкость среды, n0 - исходная концентрация частиц, a - т. наз. коэф. замедления коагуляции. При безбарьерной ("быстрой") коагуляции, когда скорость коагуляции равна числу соударений частиц в единицу времени, a=1; при наличии энергетич. барьера a < 1 ("медленная" коагуляция).