С. Егоров - Коллоидная химия. Шпаргалка

Следовательно, для защиты слоя необходима достаточная прочность вязания с поверхностью частиц, или слой должен образовывать структуру, обладающую повышенной прочностью, и быть способным к быстрому восстановлению.

Было отмечено, что использование адсорбционных слоев малорастворимых поверхностно-активных веществ действительно обнаруживает высокую сопротивляемость вытеснению и может снижать энергию взаимодействия частиц на несколько порядков, что приводит к выравниванию ее значений до уровня полностью устойчивых систем.

Прочное закрепление молекул на твердой поверхности будет определять высокую прочность адсорбционных слоев.

Можно прийти к выводу, что структурно-механический барьер, обладает достаточно сложным фактором стабилизации или совокупностью ряда термодинамических, кинетических, структурных факторов.

Явление адсорбционного влияния среды на механические свойства и структуру твердых тел – эффект Ребиндера– было открыто академиком П. А. Ребиндером в 1928 г. При облегчении деформации и разрушения твердого тела и протекании в нем структурных изменений в результате понижения свободной поверхностной энергии, при контакте со средой, содержащей вещества, способные к адсорбции на поверхности, изменяются механические свойства тела. В зависимости от химической природы твердого тела и среды, условий деформирования и разрушения и структуры твердого тела эффект Ребиндера может проявляться в различных формах. Особенности эффекта Ребиндера:

1) действие сред весьма специфично: на каждый данный тип твердого тела действуют лишь некоторые определенные среды;

2) изменение механических свойств твердых тел можно наблюдать сразу после установления контакта со средой;

3) для проявления действия среды достаточно весьма малых ее количеств;

4) эффект Ребиндера проявляется при совместном действии среды и механических напряжений;

5) наблюдается своеобразная обратимость эффекта: после удаления среды механические свойства исходного материала восстанавливаются.

В этом состоит отличие эффекта Ребиндера от других случаев влияния среды на механические свойства твердых тел, в частности от процессов растворения и коррозии, когда разрушение тела под действием среды может происходить и в отсутствие механических напряжений. Адсорбционное понижение прочности (АПП) наблюдается в присутствии сред, вызывающих сильное снижение поверхностной энергии твердых тел. Наиболее сильные эффекты вызывают жидкие среды, близкие по молекулярной природе к твердому телу. Среди многочисленных сред одинаковой молекулярной природы значительное снижение прочности твердых тел часто вызывают вещества, образующие с твердым телом эвтектическую диаграмму с небольшой растворимостью в твердом состоянии; этому отвечает малая по величине положительная энергия смешения компонентов. В системах с малой интенсивностью взаимодействия компонентов (взаимной нерастворимостью) так же, как и в случае очень большого взаимного сродства, особенно если компоненты вступают в химическую реакцию, АПП обычно не наблюдается. При хрупком разрушении связь прочности Р с поверхностной энергией описывается уравнением Гриффитса:

где Е – модуль упругости твердого тела; l – характерный размер существующих в нем или возникающих при предварительном пластическом деформировании дефектов – зародышевых трещин разрушения.

В соответствии с соотношением Гриффитса отношение прочностей материала в присутствии среды (P A) и в отсутствие среды (P 0) равно: P A/ P 0= (σ А/ σ 0) 1/2. При разрушении твердых тел в присутствии смесей двух жидких компонентов, различающихся по адсорбционной активности, прочность снижается тем быстрее, чем выше концентрация более активного компонента, который преимущественно адсорбируется на поверхности разрушения. Сопоставляя уравнение Гриффитса с адсорбционным уравнением Гиббса (при малых концентрациях) Г = −( RT ) -1 dσ/ d ln c , можно непосредственно связать адсорбцию с прочностью P:

где Г – величина адсорбции (кмоль/м 2); σ 0– поверхностное натяжение растворителя (н/м); c – концентрация (кмоль/м 3); R – газовая постоянная; T – температура, К.

Суть эффекта Ребиндерасводится к облегчению диспергирования под влиянием адсорбции.

В зависимости от природы твердого тела и среды эффект Ребиндера может проявляться в различных формах: адсорбционного пластифицирования (облегчения пластического деформирования), адсорбционного понижения прочности или самопроизвольного диспергирования структуры твердого тела.

Диспергирование– процесс измельчения твердых или жидких тел в инертной среде, при котором резко повышается дисперсность и образуется дисперсная система, которая обладает значительной удельной межфазной поверхностью.

Диспергированиепроисходит не самопроизвольно, а с затратой внешней работы, которая, в свою очередь, расходуется на преодоление межмолекулярных сил при дроблении вещества.

В результате изучения процессов диспергирования твердых тел было установлено, что при деформации твердого тела на его поверхности образуются микротрещины.

Переходя непосредственно к получению коллоидных систем, следует отметить, что при простом дроблении или растирании образуются обычные порошки, размеры частиц которых не меньше нескольких микрометров.

Но тем не менее методы, используемые при диспергировании, обычно уступают методам конденсации по дисперсности полученных систем. Весьма интересно явление самопроизвольного образования равновесных и устойчивых коллоидных систем.

В отдельных случаях твердое тело или жидкость могут самопроизвольно диспергироваться в жидкости с образованием двухфазной, но термодинамически устойчивой системы.

К таким системам относят критические эмульсии, которые возникают спонтанно при температурах очень низких, золи парафина в углеводородах, такие системы могут существовать долгое время, при этом практически не изменяясь.

Текст предоставлен ООО «ЛитРес».

Прочитайте эту книгу целиком, купив полную легальную версию на ЛитРес.