химический каталог




КОАГУЛЯЦИЯ

Автор Химическая энциклопедия г.р. И.Л.Кнунянц

КОАГУЛЯЦИЯ (от латинского 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), механические воздействия на систему (перемешивания, вибрации) и др. Характерные признаки КОАГУЛЯЦИЯ - увеличение мутности (интенсивности рассеиваемого света), появление хлопьевидных образований - флокул (отсюда термин флокуляция, часто используемый как синоним КОАГУЛЯЦИЯ), 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 КОАГУЛЯЦИЯ 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 изотермодинамически перегонкой или коалесценцией) не приводит к изменению размера и формы первичных частиц (см. Дисперсные системы). КОАГУЛЯЦИЯ наиболее характерна для дисперсий твердых веществ (золей, суспензий), в которых, в отличие от эмульсий и пен, коалесценция невозможна даже при непосредств. контакте частиц после прорыва разделяющих их пленок жидкости. Процесс, обратный КОАГУЛЯЦИЯ,-распад агрегатов до первичных частиц, называют пептизацией. Между -К. и пептизацией может устанавливаться динамич. равновесие, которое для систем с броуновским движением частиц отвечает условию: 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 котором происходят смещения частицы относительно положения равновесия в пространств, коагуляц. структуре, k постоянная Больцмана, Т-абс. температура. В лиофильных дисперсных системах, характеризующихся низкими значениями удельная межфазной энергии и соответственно 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. КОАГУЛЯЦИЯ можно считать практически необратимой. Устойчивость лиофобных золей к КОАГУЛЯЦИЯ может быть вызвана наличием энергетич. барьера в некоторой 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 поверхности двойного электрического слоя. Отталкивание частиц может иметь и др. причины, например оно может быть обусловлено тем, что граничные (сольватные) слои жидкости имеют структуру, отличную от структуры в объеме дисперсионной среды, или наличием адсорбционного слоев ПАВ (структурно-механические барьер по Ребиндеру), а также может быть связано с другими дальнодействующими поверхностными силами (см. Расклинивающее давление). Кинетика броуновской КОАГУЛЯЦИЯ лиофобных коллоидных систем подчиняется теории Смолуховского. Время t, за которое число независимых кинетическая единиц (отдельных частиц или агрегатов) уменьшается вдвое, определяется выражением:
t=3 h /4kTn0 a ,
где h - вязкость среды, n0 - исходная концентрация частиц, a - так называемой коэффициент замедления КОАГУЛЯЦИЯ При безбарьерной ("быстрой") КОАГУЛЯЦИЯ, когда скорость КОАГУЛЯЦИЯ равна числу соударений частиц в единицу времени, a =1; при наличии энергетич. барьера a < 1 ("медленная" КОАГУЛЯЦИЯ). Коагулянты - вещества, способные вызывать или ускорять КОАГУЛЯЦИЯ Введение в систему коагулянтов широко используют для облегчения процессов, связанных с необходимостью отделения вещества дисперсной фазы от дисперсионной среды (осаждение взвешенных частиц при водоочистке, обогащение минер, сырья, улучшение фильтрац. характеристик осадков и др.). Концентрация Сn коагулянта, при которой наступает быстрая КОАГУЛЯЦИЯ, называют порогом КОАГУЛЯЦИЯ наиболее изучена и важна в практическое отношении КОАГУЛЯЦИЯ электростатически стабилизир. гидрофобных коллоидов (гидрозолей различные металлов и неметаллов, латексов и др.), вызываемая коагулянтами - электролитами. Коагулирующее действие электролитов объясняется в теории ДЛФО снижением энергетич. барьера вследствие экранирования поверхностного заряда частиц при высоких концентрациях электролита (концентрационная КОАГУЛЯЦИЯ) или вследствие специфический адсорбции ионов на частицах (нейтрализационная КОАГУЛЯЦИЯ). Эффективность коагулирующего действия электролитов возрастает, как правило, с увеличением зарядового числа zi коагулирующего i-го иона; так, для многих систем соблюдается правило Шульце-Гарди: Сn ~1/z6i. Широко распространены полимерные коагулянты - различные растворимые высокомол. соединение, в частности полиэлектролиты, поликремниевые кислоты. Макромолекулы полимерного ПАВ закрепляются отдельными участками цепи одновременно на двух частицах и таким образом связывают частицы в прочные флокулы, устойчивые к механические разрушению при перемешивании или фильтрации (полимерная флокуляция). Полимерная флокуляция используется в процессах обогащения руд, при водоочистке, в технологии производства бумаги, получения связнодисперсных материалов и др. Возможны и др. механизмы действия полимерных коагулянтов; например, не адсорбирующиеся на частицах полиэтиленоксиды вызывают КОАГУЛЯЦИЯ дисперсных систем, стабилизированных полимерами, вследствие осмотич. эффектов. Для термодинамически устойчивых лиофильных золей коагулянтами служат вещества, которые адсорбируются на частицах и увеличивают энергию связи в контактах. Так, для водных дисперсий гидрофильных частиц эффективными коагулянтами являются вещества, гидрофобизующие поверхность частиц и обусловливающие гидрофобное взаимодействие; в случае дисперсий кремнезема, глин и др. гидрофильных веществ с отрицат. зарядом поверхности это катионоактивные ПАВ. Особый случай КОАГУЛЯЦИЯ представляет гетерокоагуляция, при которой две дисперсные системы взаимно коагулируют друг друга в результате прилипания частиц одной дисперсной фазы к частицам другой. Гетерокоагуляция наступает, например, при смешении двух агрегативно устойчивых золей с разноименно заряженными поверхностями частиц, между к-рыми в соответствии с теорией ДЛФО ионно-электростатич. силы приводят к притяжению частиц, а не к их отталкиванию. Гетерокоагуляция - один из возможных механизмов коагулирующего действия солей многовалентных металлов, которые гидролизуются с образованием коллоидного гидроксида. Использование дисперсий золы, извести и др. материалов для гетерокоагуляции вместо применения более дорогостоящих коагулянтов (например, полимерных) часто более эффективно и экономически целесообразно. Гетерокоагуляция наряду с флотацией или экстракцией может применяться для разделения компонентов сложных дисперсных композиций; так, некоторые микроорганизмы служат в качестве коагулянтов, позволяющих селективно концентрировать благородные металлы в коллоидно-дисперсном состоянии. Стабилизаторы - вещества, используемые для предотвращения нежелательной КОАГУЛЯЦИЯ, которая может приводить к расслаиванию реакционное смесей при гетерог. процессах (например, латексов при полимеризации), пищевая, фармацевтич., лакокрасочных и др. композиций, ухудшению условий эксплуатации гидротранспортных суспензий и пульп и т. п. В качестве стабилизаторов применяют добавки различные ПАВ (ионогенных и неионогенных), к-рыми может быть как природные вещества (например, желатина), так и синтетические (например, поливиниловый спирт). Причинами стабилизации может быть образование на частицах адсорбционного слоев, оказывающих "барьерное" действие, или ослабление адгезии частиц в контакте вследствие вызываемого адсорбцией ПАВ снижения удельная межфазной энергии. В последнем случае возможно проявление не только стабилизирующего, но и пептизирующего действия ПАВ, т. е. облегчение диспергирования коагулята (самопроизвольного или, например, при перемешивании). Влияние на дисперсную систему того или иного физических-химический фактора (изменения состава среды, рН, температуры и пр.) является специфичным. Так, одни и те же полимерные ПАВ в зависимости от природы вещества дисперсной фазы и дисперсионной среды, концентрации и др. условий может быть коагулянтами или стабилизаторами. Лит.. Зонтаг Г., Штренге КОАГУЛЯЦИЯ, Коагуляция и устойчивость дисперсных систем, пер. с нем., Л., 1973; Коагуляционные контакты в дисперсных системах, М., 1982; Дерягин Б. В., Теория устойчивости коллоидов и тонких пленок, М., 1986; За польски и А. КОАГУЛЯЦИЯ, Баран А. А., Коагулянты и флокулянты в процессах очистки воды, Л., 1987. В. В. Яминский.

Химическая энциклопедия. Том 2 >> К списку статей


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]    [обратная связь]

 

 

Реклама
курсы экономистов
батареи отопления для загородного дома
Посуда Vesta интернет магазин
аренда автобусов

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(03.12.2016)