1.1. Понятие о строении двойного электрического слоя

Образование двойного слоя ионов приводит к появлению определенных электрических потенциалов границе раздела твердой и жидкой фаз. Ионы первого слоя (внутренней обкладки), фиксированные на твердой поверхности, придают этой поверхности слой знак заряда и создают на ней так называемый поверхностный или φ-потенциал; знак которого совпадает со знаком потенциалообразующих ионов. Величина потенциала пропорциональна числу зарядов ионов на поверхности частиц. Если двойной слой образуется в результате адсорбции ионов или диссоциации твердого вещества, то электрический потенциал на поверхности частиц определяется исключительно концентрацией или активностью этих ионов в растворе, так как частицы действуют как обратимый электрод относительно этих ионов.

Второй потенциал, характеризующий двойной слой ионов, называется электрокинетическим или ζ-потенциалом (дзета-потенциалом). Он представляет собой электрический потенциал в двойном слое на границе между частицей, способной к движению в электрическом поле и окружающей жидкостью. Указанный потенциал является потенциалом поверхности скольжения. С учетом того, что в двойном электрическом слое точное расстояние от твердой поверхности до поверхности скольжения неизвестно, приближенно принимают, что поверхность скольжения проходит по границе между адсорбционным и диффузным слоями ионов, потенциал близок по величине к потенциалу на границе адсорбционного и диффузного слоев.

1.2. Устойчивость дисперсных систем

Под устойчивостью дисперсной системы понимают постоянство во времени ее состояния и основных свойств: дисперсности, равномерного распределения частиц дисперсной фазы в объеме дисперсной среды и характера взаимодействия между частицами. Основной класс коллоидных систем — лиофильные коллоиды термодинамически нестабильны, т. е. склонны к коагуляции.

Агрегативная устойчивость дисперсных систем весьма различна. Одни системы могут существовать секунды после их образования, другие очень долговечны. Наиболее неустойчивыми по своей природе являются гидрофобные коллоидные системы, для которых характерно слабое взаимодействие между частицами дисперсной фазы и дисперсионной среды.

Существующие теории устойчивости и коагуляции можно подразделить на адсорбционные и электростатические. Так, адсорбционная теория коагуляции Г. Фрейдлиха исходит из положения, что при коагуляции золей ионы-коагуляторы адсорбируются коллоидными частицами в соответствии с изотермой адсорбции. Коагуляция наступает при одинаковом понижении ζ-потенциала, которое достигается при адсорбции эквивалентных количеств различных ионов. Рассмотренная теория коагуляции объясняла снижение ζ -потенциала до критического значения уменьшением числа зарядов потенциалообразующих ионов вследствие нейтрализации их адсорбирующимися ионами коагулятора. Электростатическая теория коагуляции Г. Мюллера исходит из того, что введение электролита в золь не изменяет общего заряда в двойном слое частицы, а вызывает сжатие диффузного слоя. Уменьшение толщины ионной атмосферы приводит к снижению ζ -потенциала, вследствие чего уменьшается стабильность золя. Рассмотренные теории имеют ряд недостатков, что существенно ограничивает их использование.

Наиболее полно описывает поведение типично лиофобных дисперсных систем современная теория устойчивости ДЛФО (названа в соответствии с первыми буквами фамилий ее авторов: Б.В. Дерягина, Л.Д. Ландау, Э. Фервея и Я. Овербека). На основе анализа взаимодействия коллоидных частиц, их взаимного притяжения, обусловленного силами Ван-дер-Ваальса и отталкивания, осуществленного электростатическими силами,

Коагуляция под действием электролитов подчиняется правилу Шульце и Гарди, которое формулируется следующим образом: коагулирующим действием обладает тот ион электролита, который имеет заряд, противоположный заряду гранулы: коагулирующее действие тем сильнее, чем выше заряд иона-коагулятора. Соотношение коагулирующей способности одно-, двух- и трехвалентных ионов приблизительно равно 1 : 30 : 1000.

Критическое значение концентрации, при котором данный электролит вызывает коагуляцию, называют порогом коагуляции и обозначают Ск (моль/л или ммоль/л).

Величину, обратную порогу коагуляции, называют коагулирующей способностью и обозначают V_k =С_k^-1 . Коагулирующая способность выражает число объемов золя, скоагулированного 1 моль (или 1 ммоль) иона-коагулятора.