7. Коагуляция. Гидрофильная и гидрофобная коагуляция в глинестых растворах.

Коагуляция (от лат. coagulatio — свертывание, сгущение), также флокуляция (от лат. flocculi — клочья, хлопья) — физико-химический процесс слипания мелких частиц дисперсных систем в более крупные под влиянием сил сцепления с образованием коагуляционных структур.

Коагуляция ведёт к выпадению из коллоидного раствора осадка в виде хлопьев (или «флокул») или кзастудневанию. Коагуляция может быть как самопроизвольной (старение) с расслаиванием коллоидного раствора на твёрдую фазу и дисперсионную среду и достижением состояния минимальной энергии, так и искусственно вызванной с помощью специальных реактивов (коагулянтов или флокулянтов).

Коагуляция — это процесс уменьшения степени дисперсности и числа частиц дисперсной системы путём слипания первичных частиц. В результате коагуляции обычно происходит выпадение (седиментация) дисперсной фазы или хотя бы изменение свойств первичной дисперсной системы.

Коагуляционные структуры образуются при потере дисперсной системой агрегативной устойчивости, при достаточном содержании дисперсной фазы обеспечивается армирование всего объема дисперсной системы. Соответствующее содержание коллоидно-дисперсной фазы, способное «отверждать» жидкую дисперсионную среду, может быть очень малым (особенно в случае резко анизометрических частиц), например всего лишь несколько процентов по массе для бентонитовых глин, и еще значительно меньше для нитевидных частиц.

Характерным свойством коагуляционных структур наряду с относительно невысокой прочностью является их обратимость по отношению к механическим воздействиям — способность к самопроизвольному восстановлению после механических разрушений (в подвижной дисперсионной среде); это свойство называют тиксотропией. Коагуляционные дисперсные структуры образуются пигментами и наполнителями лаков, красок, полимеров. Характерный пример тиксотропных структур — это пространственные сетки, возникающие в дисперсиях глин при их коагуляции под действием электролитов.

Теория коагуляции (М. Смолуховский) развита на основе следующих представлений: частицы дисперсной фазы совершают независимое друг от друга броуновское движение до тех пор, пока при сближении двух частиц расстояние между их центрами не делается равным так называемому радиусу сферы влияния d. Эта величина приблизительно равна сумме радиусов частиц, что соответствует их непосредственному контакту. На этом расстоянии появляются (сразу, скачком!) силы взаимодействия между частицами, в результате чего создается возможность их агрегирования. В результате коагуляции происходит взаимодействие только двух частиц, так как вероятность столкновения большего числа частиц очень мала. Таким образом, сталкиваются одиночные частицы, образуя двойные, одиночные с двойными, двойные друг с другом, тройные с одиночными и т. д. Такое представление процесса коагуляции позволяет формально свести его к теории бимолекулярных химических реакций.

Коагуляция бывает двух видов: гидрофобная и гидрофильная. Коагуляция первого вида происходит, когда частицы глины лишены защитных гидратационных и ионных оболочек по всей поверхности. При этом частицы слипаются и оседают, образуя плотный осадок сравнительно небольшой влажности. Гидрофобная коагуляция, как правило, необратима.

Если поверхности глинистых частиц защищены гидратационными оболочками, но имеются поверхности, где эти оболочки отсутствуют, то происходит гидрофильная коагуляция. В этом случае осадок не выпадает, а образуется пространственная сетчатая структура, называемая гелем. При этом сплошная сетчатая структура пронизывает весь раствор. Жидкая фаза раствора с частицами породы закупоривается в ячейках пространственной сетки и вся система становится подобной твердому телу.

При перемешивании связи между частицами разрушаются и система становится жидкой. Такое явление называется тиксотропией.