ЛИОФИЛЬНОСТЬ И ЛИОФОБНОСТЬ

Углеводороды, имеющие низкую работу когезии, растекаются по большинству пов-стей (за исключением фторопластов), поэтому олеофобность и олеофильность м. б. охарактеризованы только по углу избирательного смачивания, к-рый измеряется при нанесении капли одной жидкости (напр., углеводорода) на пов-сть раздела твердого тела с другой жидкостью (водой; рис., б); угол q отсчитывается в более полярной жидкости (воде). Лиофильность и лиофобность отдельных частиц можно характеризовать их способностью удерживаться пов-стью жидкости (см. Флотация) или силами сцепления частиц при непосредств. контактировании в жидкости (см. Структурообразование в дисперсных системах), а порошка или дисперсной пористой структуры — скоростью и равновесной высотой пропитки жидкостью. При высокой уд. пов-сти порошков и пористых тел лиофильность и лиофобность могут быть охарактеризованы их способностью адсорбировать пары жидкости, теплотами адсорбции и смачивания или соотношением теплот смачивания двумя жидкостями. Тепловые эффекты особенно велики для твердых тел, способных к сольватации средой и набуханию в ней; напр., для крахмала отношение теплот смачивания водой и углеводородом может достигать 20. Степень лиофильности м. б. также охарактеризована величиной «исключенного объема» жидкости (по изменению р-римости в ней разл. в-в в присут. твердых частиц), по увеличению гидродинамич. радиуса движущихся частиц; более детальные сведения о взаимод. пов-сти твердого тела со средой дают спектральные методы. Лиофильность и лиофобность дисперсных систем — понятия, к-рые первоначально использовались для описания обратимости коагуляции дисперсных систем и их чувствительности к действию малых добавок электролитов; лиофильными коллоидами наз. р-ры высокомол. в-в. По совр. определению, к лиофильным коллоидным системам (ЛФЛКС) относят термодинамически равновесные микрогетерог. системы, образование к-рых из макроскопич. фаз сопровождается понижением термодинамич. потенциала и может идти самопроизвольно (самопроизвольное диспергирование). Лиофобные системы термодинамически неравновесны вследствие значит. избытка энергии на пов-сти раздела дисперсная фаза — дисперсионная среда. Термодинамич. равновесность ЛФЛКС определяется компенсацией поверхностной энергии энтропийным фактором, связанным с участием частиц дисперсной фазы в тепловом (броуновском) движении. Такая компенсация осуществляется, если поверхностное натяжение межфазной пов-сти g12 меньше критич. величины gс = bkТ/d2, где k — постоянная Больцмана, Т — абс. т-ра, d — размер частиц, а коэф. b, зависящий от концентрации коллоидной системы, равен 5-10; при комнатной т-ре и d ~ 10-8 м, gс составляет сотые доли мДж/м2. В ЛФЛКС реализуется равновесное распределение частиц по размерам. Узкое распределение частиц по размерам и высокое равновесное содержание в-ва в коллоиднодисперсном состоянии (высокая коллоидная р-римость) характерны для дисперсий мицеллoобразующих ПАВ (см. Мицеллообразование); в этих дисперсиях уменьшение размеров частиц вызывает резкий рост поверхностного натяжения. Образование равновесной коллоидной системы при высокой мол. р-римости происходит в критич. системах. Лиофобные дисперсные системы образуются в результате конденсации в-ва из гомог. фазы (напр., из пересыщенного р-ра) или при диспергировании макроскопич. фаз путем мех. измельчения либо электрораспыления, что требует значит. затрат энергии. Возможно диспергирование и без внеш. воздействия («квазисамопроизвольное» диспергирование). Так, если поверхностная энергия границ зерен в поликристаллич. твердом теле больше или равна удвоенной энергии границы раздела твердое тело — жидкость (условие Гиббса — Смита), жидкая фаза распространяется по границам зерен с образованием дисперсной системы, в к-рой частицы разделены тонкими (10-7-10-8 м) жидкими прослойками. Принципиальная термодинамич. неустойчивость лиофобных систем обусловливает протекание в них процессов, ведущих к изменению их строения и разрушению: коагуляции, коалесценции (см. Эмульсии, Пены), диффузионному переносу в-ва от малых частиц к более крупным, седиментации. При высокой лиофильности частиц система м. б. термодинамически устойчивой к коагуляции; если при этом в-во дисперсной фазы нерастворимо в дисперсионной среде, св-ва дисперсии сходны со св-вами ЛФЛКС, в частности подобные «псевдолиофильные» системы могут возникать путем пептизации гелей и скоагулированных осадков, близкой по природе к самопроизвольному диспергированию. Управление лиофильностью и лиофобностью осуществляется хим. модифицированием пов-сти, напр. «прививкой» к пов-сти твердого тела лиофильных или лиофобных функц. групп, а также введением в систему ПАВ, изменяющих характер взаимод. на межфазной пов-сти. В зависимости от природы ПАВ возможна как частичная или полная лиофилизация, так и лиофобизация. Особенно эффективная лиофилизация достигается при образовании на пов-стях частиц т. наз. структурно-мех. барьера — плотных слоев низко- или высокомол. ПАВ, к-рые имеют лиофильную наружную пов-сть и способны противостоять мех. воздействию при приближении частиц друг к другу. Регулирование лиофильности и лиофобности позволяет управлять св-вами пов-стей и дисперсных систем и широко используется во мн. областях техники и технологии. Понятие о лиофильности и лиофобности введено в 1909 Г. Фрёйндлихом как обобщение понятия «гидрофильность и гидрофобность», предложенного Ж. Перреном в 1905; большой вклад в развитие учения о лиофильности и лиофобности внесен М. Фольмером, П. А. Ребиндером, А. В. Думанским, Ф. Д. Овчаренко, Е. Д. Щукиным, А. И. Русановым и др.
===
Исп. литература для статьи «ЛИОФИЛЬНОСТЬ И ЛИОФОБНОСТЬ»: Сумм Б. Д., Горюнов Ю. В., Физико-химические основы смачивания и растекания, М., 1976; Физико-химическая механика и лиофильность дисперсных систем. Респ. межвед. сборник, К., в. 11, 1978; там же, 1981, в. 13; там же, 1985, в. 17; Щукин Е. Д., Перцов А. В., Амелина Е. А., Коллоидная химия, М., 1982. А. В. Перцов.

Страница «ЛИОФИЛЬНОСТЬ И ЛИОФОБНОСТЬ» подготовлена по материалам химической энциклопедии.

Источник: himik.chernykh.net