24 октября, 2012 
admin В этой главе исследуется влияние структурно измененных граничных слоев воды на взаимодействие частиц гидрофильных дисперсий (оксид кремния, алмаз, латексы) и силы, действующие в смачивающих пленках водных растворов на гидрофильной поверхности стекла и кварца.
Как известно, устойчивость гидрофильных коллоидов обычно выше предсказываемой теорией ДЛФО, учитывающей молекулярное протяжение и электростатическое отталкивание. Однако лишь в последнее время удалось установить прямую связь между устойчивостью гидрофильных коллоидов и толщиной граничных слоев воды, оцененной независимыми методами. Для дисперсий кремнезема и алмаза экспериментально прослеживается влияние на их устойчивость рН дисперсионной среды и температуры. Причиной этого влияния является изменение дальнодействия структурных сил отталкивания, стабилизирующих дисперсию. Стабилизация дисперсий при низких рН связана с увеличением числа поверхностных ОН-групп, способных к образованию водородных связей с молекулами воды, что ведет к росту сил структурного отталкивания. Повышение температуры вызывает ослабление сетки направленных водородных связей в воде, что уменьшает дальнодействие структурных сил и приводит к снижению устойчивости дисперсий. Наблюдающаяся обратимость температурной зависимости устойчивости свидетельствует об обратимости структурной перестройки граничных слоев.
Образование граничных слоев воды вокруг частиц латексов подтверждено двумя независимыми методами: по изменению вязкости дисперсий и обнаружению в них незамерзающей воды. Повышение вязкости вызвано тем, что частицы латексов при их движении увлекают малоподвижные граничные слои воды. Наличие незамерзающей воды в контакте с фазой льда обусловлено отличиями в структуре граничных слоев и объемной воды. Все изменения, происходящие с граничными слоями при изменении концентрации электролита и температуры, хорошо коррелируют с происходящими при этом изменениями устойчивости дисперсий латексов.
Столь же значительную роль играют граничные слои в устойчивости водных пленок. Эффект структурных сил приводит здесь к возможности реализации двух устойчивых состояний пленок, отвечающих примерно одинаковой глубине минимума свободной энергии. Это экспериментально подтверждено обнаруженными обратимыми переходами из одного устойчивого состояния в другое. Возможность реализации двух состояний — толстых и тонких пленок — в одних и тех же условиях может существенно влиять на кинетику массообменных процессов в пористых телах.
Включение в теорию смачивания, кроме молекулярных и электростатических сил, также и структурной составляющей расклинивающего давления позволяет количественно объяснить экспериментальные зависимости краевых углов водных пленок на кварце от рН, концентрации’растворов электролита и температуры. Причиной изменения условий смачивания является, кроме изменений электростатических сил, уменьшение дальнодействия структурных сил при повышении концентрации электролита, гидрофобизации подложки и повышении температуры.
Таким образом, изменения краевых углов, устойчивости коллоидов и пленок на гидрофильных поверхностях имеют во многих случаях общую причину — изменение структуры и толщины граничных слоев воды.
Опубликовано в рубрике 