Типы структур

По классификации П.А.Ребиндера в зависимости от природы действующих сил дисперсные системы делятся на коагуляционные и конденсационно-кристаллизационные.

Коагуляционные структуры образуются за счет сцепления между частицами под действием сил Ван-дер-Ваальса через прослойку дисперсионной среды (второй минимум потенциальной кривой взаимодействия частиц дисперсной фазы по теории ДЛФО). Системы с такой структурой обладают вязкостью и пластичностью, а при внешнем воздействии способны к обратимому разрушению, т.е. могут восстанавливаться во времени. К специфическим свойствам коагуляционных структур относятся: тиксотропия и синерезис.

Тиксотропия – способность системы изотермически восстанавливать структуру во времени после ее механического разрушения (способность к изотермическому превращению золя в гель). Явление тиксотропии объясняется разрывом контактов, образующих структуру геля, с последующим обратимым их восстановлением в результате броуновского движения частиц. Например: масляная краска благодаря быстрому структурообразованию не стекает с вертикальных стен, а быстро затвердевает; глинистые растворы нагнетают в нефтяные скважины при бурении для того, чтобы при остановке бурения быстро затвердевающая с тиксотропной структурой глина предупреждала осыпание стенок скважины. Явление, обратное тиксотропии, называется реопексией.
Реопексия – возникновение и упрочнение структуры в результате механического воздействия. Примером реопексии может являться сбивание сливочного масла.

Синерезис – самопроизвольное уменьшение размеров геля с одновременным выделением наружу дисперсионной среды, содержащейся в петлях геля. Причиной этого явления является увеличение числа контактов между частицами с течением времени при постоянной концентрации частиц. Каркас геля при этом сжимается, выдавливая жидкость (дисперсионную среду), объем системы уменьшается. Процесс нарастания числа и прочности контактов между частицами во времени может привести к образованию монолитных сплошных тел. Так, в течение геологических эпох в природе протекает процесс: золь SiO₂ → силикагель → опал → халцедон → кварц.

Явление синерезиса обратимо: при увеличении влажности окружающей среды сухой гель (ксерогель) поглощает жидкость и восстанавливает прежний объем. Это явление, обратное синерезису, называется набуханием.

Конденсационно0кристаллизационные структуры (ККС) образуются не только за счет сил Ван-дер-Ваальса, но и за счет химических связей между частицами с последующим их срастанием и образованием жесткой объемной структуры: конденсационной – в случае аморфных частиц и кристаллизационной – в случае кристаллических частиц. Этому типу структурообразования отвечает коагуляция в первичном потенциальном минимуме по теории ДЛФО. Материалы с ККС обладают значительной механической прочностью, не пластичны, не способны к синерезису и тиксотропии. Механические свойства таких структур соответствуют свойствам самих частиц. Конденсационно-кристаллизационные структуры типичны для связнодисперсных систем.

Твердообразные структуры обоих типов имеют большое практическое значение, поскольку к ним относятся цементы, бетоны, грунты, глинистые суспензии, пасты, смазки, синтетические волокна и другие материалы.