Зарегистрироваться

Теория ДЛФО

Категории Коллоидная химия | Под редакцией сообщества: Химия

Теория коагуляции золей под действием электролитов (теория ДЛФО) строится на рассмотрении баланса молекулярных сил притяжения и сил ионно-электростатического отталкивания, действующих в узком зазоре, разделяющим частицы дисперсной фазы. Первые количественные расчеты были произведены Б.В.Дерягиным в конце 30-х гг. и затем завершены в работе Б.В.Дерягина и Л.Д.Ландау (1941 г.). Аналогичный подход к изучению устойчивости коллоидных систем независимо был развит в работах голландских исследователей Фервея и Оербека (1946 г.). По начальным буквам фамилий основных авторов теория получила название ДЛФО.

Основное упрощение теории ДЛФО состоит в том, что на частицы действуют две силы. Одна из них – взаимное притяжение частиц, создаваемое дисперсионными силами. Энергия дисперсионного притяжения, отнесенная к единице площади поверхности определяется выражением

    (1)

где А* – сложная константа Гамакера, h – ширина зазора между частицами. Знак минут указывает на взаимное притяжение частиц. Вторая сила – ионно-электростатическое отталкивание, возникающее за счет перекрывания диффузных частей двойных электрических слоев, окружающих частицы. При перекрывании двойных слоев для сближения частиц надо совершить дополнительную работу по концентрированию противоионов в тонкой пленке раствора электролита в зазоре между частицами. Энергия электростатического отталкивания на достаточно больших расстояниях определяется выражением:

       (2)

где n0 – концентрация электролита,  k – постоянная Больцмана, Т – температура, æ – обратная эффективная толщина ионной атмосферы, γ=     th(zeφ0/4kT) (ze – заряд ионов, φ0 – потенциал поверхности).

Полная энергия взаимодействия дисперсных частиц U представляет сумму энергий притяжения и отталкивания U=Umol +Uel (рис.1). Поскольку энергии притяжения и отталкивания имеют разные знаки и по-разному зависят от толщины разделяющей частицы жидкой пленки, зависимость суммарной энергии U(h) имеет сложный вид с минимумом на больших расстояниях и максимумом на средних. Кроме того, существует первичный, или ближний, минимум (обозначенный пунктиром на рис.1), связанный с возникновением на малых расстояниях сил отталкивания, не учтенных в теории ДЛФО.  Вид зависимости U(h) показывает, что притяжение преобладает на больших и малых расстояниях, а на средних существует потенциальный барьер, препятствующий сближению частиц. Чем выше высота барьера, тем больше агрегативная устойчивость коллоидной системы.

Рис.1. Зависимость энергии взаимодействия от расстояния между частицами

Добавки электролита прежде всего влияют на электростатические силы отталкивания. При добавлении электролита происходит уменьшение толщины диффузного ионного слоя; на суммарной зависимости U(h) уменьшается величина потенциального барьера и происходит сдвиг положения максимума в сторону меньших толщин (кривая 2 на рис.2). При определенной концентрации электролита барьер полностью исчезает, что соответствует полной потере системой агрегативной устойчивости (кривая 3 рис.2). Происходит коагуляция.

Рис.2. Зависимость взаимодействия в пленке от концентрации электролита

Концентрация электролита, при которой исчезает барьер (U(h)=0) соответствует порогу коагуляции nc и определяется выражением:

      (3),

где k1≈2∙105 -  безразмерный коэффициент, ε – диэлектрическая протицаемость среды, ε0 – диэлектрическая постоянная.

Различают случаи сильно- и слабозаряженных поверхностей. Энергия притяжения противоионов к сильнозаряженным поверхностям существенно превышает энергию теплового движения (zeφ0>>4kT) , γ→1 и  nc ~ 1/(ze)6. Это соотношение дает теоретическое обоснование полученному ранее экспериментально правилу Шульца-Гарди о влиянии заряда противоиона, вызывающего коагуляцию, на порог коагуляции. Для слабозаряженных поверхностей (zeφ0<<4kT) γ→ (zeφ0/4kT) и nc ~ 1/(ze)2.

Теория ДЛФО объяснила главные закономерности коагуляции гидрозолей электролитами и объединила на общей количественной основе имеющиеся ранее представления, относящиеся к различным частным случаям.

Рекомендованная литература

Дерягин Б.В., Чураев Н.В., Муллер В.М. Поверхностные силы. – М.: Наука, 1987.

Адамсон А. Физическая химия поверхностей. – М.: Издательство «Мир». 1979.

Ролдугин В.И. Физикохимия поверхности – Долгопрудный: Издательский дом «Интеллект», 2008.

Эта статья еще не написана, но вы можете сделать это.