Свойства дисперсных систем

Свойства дисперсных систем определяются числом частиц дисперсной фазы. Если частиц много, между ними возникают контакт и взаимодействие, образуется структура, которая сообщает системе целый комплекс свойств, называемых структурно-механическими или реологическими, поскольку данные свойства изучаются при помощи методов реологии – науки о деформации и течении тел.

В дисперсных системах существует 2 типа структур (классификация Ребиндера):

1. коагуляционные структуры (тиксотропно-обратимые гели);

2.   конденсационно-кристаллизационные структуры (необратимо разрушающиеся).

Коагуляционные структуры возникают за счет сцепления частиц ван-дер-ваальсовыми силами через прослойки дисперсионной среды. Слипаясь, частицы образуют пространственную сетку, в петлях которой находится дисперсионная среда; происходит гелеобразование: переход системы из свободнодисперсного состояния (золя) в связнодисперсное (гель).

Свойства коагуляционных структур:

– низкая прочность;

– ярко выраженные пластичность и эластичность;

– вязкость и способность к течению;

– тиксотропия – способность структуры самопроизвольно восстанавливаться во времени после ее механического разрушения, т.е., тиксотропия – это обратимый переход золь ↔ гель;

– синерезис – самопроизвольное уменьшение размеров геля за счет выделения дисперсионной среды, содержавшейся в структуре геля; в результате синерезиса гелеобразная система может превратиться в сплошное кристаллическое тело;

– набухание (характерно для ксерогелей – коагуляционных структур, из которых высушиванием удалена дисперсионная среда) заключается в том, что при контакте с дисперсионной средой ксерогели способны поглощать эту среду.

Конденсационно-кристаллизационные структуры образуются, когда между частицами дисперсной фазы существуют химические связи. Свойства таких структур:

– высокая прочность;

– разрушение без обратного восстановления;

– отсутствие тиксотропии, синерезиса, набухания;

– упругость.

Все структурированные системы способны к деформации, которая описывается величиной γ. Деформация зависит от приложенного к телу напряжения Р, равного внешней силе на единице поверхности тела, к которому приложена эта сила. Упругая деформация сдвига равна

Р = Е ·γ,

где Е – модуль сдвига или модуль Юнга, количественно отражает упругие свойства тел, т.е. способность их восстанавливать свои первоначальные размеры после снятия нагрузки.

Пластическая деформация и способность течь количественно определяется коэффициентом вязкости η. Вязкость дисперсных систем всегда выше вязкости чистой дисперсионной среды. Взаимосвязь между вязкостью системы и концентрацией частиц дисперсной фазы устанавливает закон Эйнштейна:

η = η₀·(1+α·ν_об),

где η₀ – вязкость чистой дисперсионной среды; α – константа, зависящая от формы частиц (для сферических частиц α = 2,5, для частиц другой формы α > 2,5); ν_об – объемная концентрация дисперсной фазы.