2.4. Структура дисперсных систем в отсутствие течения

Структура дисперсной системы определяется характером взаимодействия и концентрацией частиц. Заметное влияние оказывает форма частиц. При рассмотрении теоретических вопросов частицам обычно приписывают сферическую форму, что и будет предполагаться в дальнейшем, если не сделаны специальные оговорки. В разбавленных устойчивых дисперсных системах, т.е. когда потенциальная кривая парного взаимодействия имеет достаточно высокий энергетический барьер, взаимная фиксация частиц отсутствует. Вместе с тем, и в устойчивых системах при высоких концентрациях частиц создаются условия стесненного поло­жения частиц. Это означает, что в системе практически не остается свободной от частиц среды - весь объем занят ими и они соприкасаются между собой стабилизирующими _{оболочками. И}х энергетическое состояние в этих условиях уже не характеризует парное взаимодействие частиц. Необходимо учитывать взаимодействие любой частицы с ее ближайшими соседями. Если рассматривать возможность перемещения частицы в каком-либо одном направлении, то достаточно принять во внимание ее взаимодействие с двумя ближайшими частицами,- лежащими на линии перемещения. Потенциальная энергия частицы получится тогда сло­жением симметрично расположенных кривых парного взаимодействия U₁ и U₂ с двумя соседними частицами 1 и 2 (рис. 2.10). Расстояние между частицами определяется в стесненных условиях только их концентрацией и равно среднему расстоянию

Рис. 2.10. Зависимость энергии взаимодействия частиц в условиях ограниченного объема системы.

Так как все частицы при r < 2(а+δ) отталкиваются, то в монодисперсной системе они занимают узлы правиль­ной кристаллоподобной решетки (δ – некоторая эффективная толщина защитной оболочки). Прочность фиксации ча­стиц характеризует величина потенциального барьера ΔU.

Наиболее распространенным видом структурообразования является фиксация взаимного положения частиц за счет их слипания. Для этого необходимо наличие так называемого второго (или дальнего) минимума на потенциальной, кривой парного взаимодействия (рис. 2.11). Его глубина U_c (энергия свяpи) есть энергетическая мера прочности фиксации частиц. Структура такого типа называется коагуляционной. При достаточной кон_{центрации взаимосвязан}^{ные частицы образуют} _{сплошную трехмерную сет}ку. В отличие от структурообразования в стесненных условиях сетка может быть очень рыхлой и хаотичной в отношении порядка в расположения частиц^. Коагуляционная струк­тура может возникать при объемной доле дисперсной фазы φ = nv порядка 0,01 и выше. Здесь v - объем одной частицы.

Связь частиц, обусловленная вторичным минимумом, сравнительно слабая (порядка кТ), поэтому она легко разрушается при перемешивании, встряхивании, течении. В покое связь частиц и, следовательно, разрушенная структура

Рис. 2.11. Потенциал парного взаимодействия (U_c - энергия связи, h₀ - координата вторичного минимума).

восстанавливаются. Явление обратимого изо­термического разрушения и восстановления структуры называется тиксотропией (рис. 2. 12).

Рис. 2.12. Схема тиксотропных превращений структуры.

Кроме ограниченной прочности структурной сетки необ­ходимым условием тиксотропных свойств является наличие в дисперсной системе свободного от частиц объема среды. С точки зрения взаимного положения частиц на потен­циальной кривой парного взаимодействия разрушение структуры означает их удаление на расстояние большее, чем радиус действия сил притяжения.