§आठ। फैलाव प्रणालियों की समग्र स्थिरता। समग्र स्थिरता के कारक संरचनात्मक रूप से, यांत्रिक स्थिरता कारक में शामिल हैं:

§आठ। छितरी हुई प्रणालियों की समग्र स्थिरता

यह खंड के कारण होने वाली घटनाओं और प्रक्रियाओं पर चर्चा करता है समग्र स्थिरताबिखरी हुई प्रणालियाँ।

सबसे पहले, हम ध्यान दें कि पीए रिबाइंडर के वर्गीकरण के अनुसार, उनके गठन की प्रक्रिया के तंत्र के आधार पर सभी फैलाव प्रणालियों को विभाजित किया गया है लियोफिलिक,जो चरणों में से एक के सहज फैलाव (एक विषम मुक्त-छितरी हुई प्रणाली के सहज गठन) द्वारा प्राप्त किए जाते हैं, और लियोफोबिक,फैलाव और संघनन के परिणामस्वरूप (एक विषम मुक्त-छितरी हुई प्रणाली का जबरन गठन)।

परिभाषा के अनुसार, लियोफोबिक सिस्टम में सतह ऊर्जा की अधिकता होनी चाहिए, अगर इसे स्टेबलाइजर्स की शुरूआत से मुआवजा नहीं दिया जाता है। अतः उनमें कणों के मोटे होने की प्रक्रिया अनायास ही हो जाती है, अर्थात् विशिष्ट सतह में कमी के कारण पृष्ठीय ऊर्जा में कमी हो जाती है। ऐसी प्रणालियों को कहा जाता है सामूहिक रूप से अस्थिर।

कण इज़ाफ़ा विभिन्न तरीकों से आगे बढ़ सकता है। उनमें से एक, कहा जाता है इज़ोटेर्मल आसवन , छोटे कणों से बड़े कणों (केल्विन प्रभाव) में पदार्थ का स्थानांतरण होता है। नतीजतन, छोटे कण धीरे-धीरे घुल जाते हैं (वाष्पीकृत हो जाते हैं), जबकि बड़े कण बढ़ते हैं।

दूसरा तरीका, सबसे विशिष्ट और सामान्य के लिए छितरी हुई प्रणाली, प्रतिनिधित्व करता है जमावट (लेट से, जमावट, सख्त), जिसमें कणों का आसंजन होता है।

तनु प्रणालियों में जमावट से अवसादन स्थिरता का नुकसान होता है और अंततः, चरण पृथक्करण होता है।

कण संलयन की प्रक्रिया कहलाती है संघीकरण .

संकेंद्रित प्रणालियों में, जमावट एक त्रि-आयामी संरचना के निर्माण में प्रकट हो सकता है जिसमें फैलाव माध्यम समान रूप से वितरित होता है। जमावट के दो अलग-अलग परिणामों के अनुसार, इस प्रक्रिया की निगरानी के तरीके भी भिन्न होते हैं। उदाहरण के लिए, कणों के बढ़ने से घोल की मैलापन में वृद्धि होती है, आसमाटिक दबाव में कमी आती है। संरचना निर्माण प्रणाली के रियोलॉजिकल गुणों को बदल देता है, इसकी चिपचिपाहट बढ़ जाती है, और प्रवाह धीमा हो जाता है।

एक स्थिर मुक्त-छितरी हुई प्रणाली, जिसमें छितरी हुई अवस्था समान रूप से पूरे आयतन में वितरित की जाती है, एक सच्चे समाधान से संक्षेपण के परिणामस्वरूप बनाई जा सकती है। एकत्रीकरण स्थिरता के नुकसान से जमावट होता है, जिसके पहले चरण में छितरी हुई अवस्था के कणों का दृष्टिकोण और एक दूसरे से छोटी दूरी पर उनका पारस्परिक निर्धारण होता है। कणों के बीच माध्यम की एक परत बनी रहती है।

एक अवक्षेप या जेल (संरचित फैलाव प्रणाली) से एक स्थिर मुक्त-छितरी हुई प्रणाली के गठन की रिवर्स प्रक्रिया को कहा जाता है पेप्टाइजेशन

जमावट की एक गहरी प्रक्रिया माध्यम की परतों के विनाश और कणों के सीधे संपर्क की ओर ले जाती है। नतीजतन, या तो ठोस कणों के कठोर समुच्चय बनते हैं, या वे पूरी तरह से एक तरल या गैसीय छितरी हुई अवस्था (सहसंयोजन) वाले सिस्टम में विलीन हो जाते हैं। संकेंद्रित प्रणालियों में, कठोर भारी ठोस जैसी संरचनाएं बनती हैं, जिन्हें केवल मजबूर फैलाव के माध्यम से एक मुक्त-छितरी हुई प्रणाली में वापस बदला जा सकता है। इस प्रकार, जमावट की अवधारणा में कई प्रक्रियाएं शामिल हैं जो सिस्टम के विशिष्ट सतह क्षेत्र में कमी के साथ होती हैं।

चित्र.33. फैलाव प्रणालियों की स्थिरता के नुकसान का कारण बनने वाली प्रक्रियाएं।

अस्थिर लियोफोबिक फैलाव प्रणालियों की समग्र स्थिरता एक गतिज प्रकृति की है, और इसे अतिरिक्त सतह ऊर्जा के कारण होने वाली प्रक्रियाओं की दर से आंका जा सकता है।

जमावट की दर एक छितरी हुई प्रणाली की समग्र स्थिरता को निर्धारित करती है, जो कणों के आसंजन (संलयन) की प्रक्रिया की विशेषता है।

यदि छितरी हुई प्रणाली में सतह ऊर्जा की अधिकता नहीं है, तो एकत्रीकरण स्थिरता थर्मोडायनामिक प्रकृति की भी हो सकती है। लियोफिलिक सिस्टम थर्मोडायनामिक रूप से समग्र रूप से स्थिर होते हैं, वे अनायास बनते हैं, और जमावट की प्रक्रिया उनके लिए बिल्कुल भी विशिष्ट नहीं है।

लियोफोबिक स्थिर प्रणालियां थर्मोडायनामिक रूप से जमावट के प्रतिरोधी हैं; सतही ऊर्जा (स्थिरीकरण का उल्लंघन) की अधिकता के कारण होने वाले प्रभावों की मदद से उन्हें इस स्थिति से बाहर लाया जा सकता है।

उपरोक्त वर्गीकरण के अनुसार, फैलाव प्रणालियों की समग्र स्थिरता के थर्मोडायनामिक और गतिज कारकों को प्रतिष्ठित किया जाता है। चूंकि जमावट की प्रेरक शक्ति अतिरिक्त सतह ऊर्जा है, मुख्य कारक जो फैलाव प्रणालियों की स्थिरता सुनिश्चित करते हैं (सतह क्षेत्र को बनाए रखते हुए) वे होंगे जो सतह तनाव को कम करते हैं। इन कारकों को थर्मोडायनामिक कहा जाता है। वे कणों के बीच प्रभावी टकराव की संभावना को कम करते हैं, संभावित अवरोध पैदा करते हैं जो जमावट प्रक्रिया को धीमा या बाहर कर देते हैं। सतह का तनाव जितना कम होगा, सिस्टम थर्मोडायनामिक रूप से स्थिर होने के उतना ही करीब होगा।

जमावट की दर भी गतिज कारकों पर निर्भर करती है।

जमावट की दर को कम करने वाले काइनेटिक कारक मुख्य रूप से माध्यम के हाइड्रोडायनामिक गुणों से जुड़े होते हैं: कणों के दृष्टिकोण को धीमा करने, उनके बीच माध्यम के इंटरलेयर्स के रिसाव और विनाश के साथ।

छितरी हुई प्रणालियों के लिए निम्नलिखित थर्मोडायनामिक और गतिज स्थिरता कारक हैं:

1इलेक्ट्रोस्टैटिक कारककणों की सतह पर एक दोहरी विद्युत परत के निर्माण के साथ-साथ कूलम्ब प्रतिकर्षण के कारण इंटरफेशियल तनाव में कमी होती है, जो तब होता है जब वे एक दूसरे के पास आते हैं।

आयनिक (आयनों में वियोजन) सर्फेक्टेंट के सोखने के दौरान एक दोहरी विद्युत परत (DEL) बनती है। एक आयनिक सर्फेक्टेंट का सोखना दो अमिश्रणीय तरल पदार्थ, जैसे पानी और बेंजीन के बीच इंटरफेस में हो सकता है। पानी का सामना करने वाले सर्फेक्टेंट अणु का ध्रुवीय समूह अलग हो जाता है, बेंजीन चरण की सतह को सर्फेक्टेंट अणुओं (संभावित-निर्धारण आयनों) के कार्बनिक भाग के अनुरूप चार्ज देता है। काउंटरियन (अकार्बनिक आयन) जलीय चरण के किनारे एक दोहरी परत बनाते हैं, क्योंकि वे इसके साथ अधिक मजबूती से बातचीत करते हैं।

दोहरी विद्युत परत के निर्माण के लिए अन्य तंत्र हैं। उदाहरण के लिए, डीईएस पानी और खराब घुलनशील सिल्वर आयोडाइड के बीच इंटरफेस में बनता है। यदि पानी में अत्यधिक घुलनशील सिल्वर नाइट्रेट मिलाया जाता है, तो पृथक्करण के परिणामस्वरूप बनने वाले सिल्वर आयन AgI के क्रिस्टल जाली को पूरा कर सकते हैं, क्योंकि वे इसका हिस्सा हैं (चांदी के आयनों का विशिष्ट सोखना)। नतीजतन, नमक की सतह को सकारात्मक रूप से चार्ज किया जाता है (चांदी के उद्धरणों की अधिकता), और आयोडाइड आयन काउंटरों के रूप में कार्य करेंगे।

हमें आयनों या इलेक्ट्रॉनों के एक चरण से दूसरे चरण (सतह आयनीकरण) में संक्रमण के परिणामस्वरूप दोहरी विद्युत परत के गठन की संभावना का भी उल्लेख करना चाहिए।

डीईएस, जो ऊपर वर्णित आवेशों के स्थानिक पृथक्करण की प्रक्रियाओं के परिणामस्वरूप बनता है, में एक फैलाना (फैलाना) चरित्र होता है, जो इलेक्ट्रोस्टैटिक (कूलम्ब) और वैन डेर वाल्स इंटरैक्शन की संरचना पर एक साथ प्रभाव के कारण होता है, साथ ही आयनों और अणुओं की तापीय गति के रूप में।

तथाकथित इलेक्ट्रोकैनेटिक घटना (वैद्युतकणसंचलन, इलेक्ट्रोस्मोसिस, आदि) चरण सीमा पर एक दोहरी विद्युत परत की उपस्थिति के कारण होती है।

2. सोखना-समाधान कारकइंटरफेस को कम करना है

सर्फेक्टेंट की शुरूआत के दौरान तनाव (सोखना और सॉल्वैंशन के कारण)।

3. एन्ट्रापी कारक,पहले दो की तरह, थर्मोडायनामिक को संदर्भित करता है। यह पहले दो कारकों का पूरक है और उन प्रणालियों में कार्य करता है जिनमें कण थर्मल गति में भाग लेते हैं। कणों के एन्ट्रापी प्रतिकर्षण को कम सांद्रता वाले क्षेत्र में उच्च सांद्रता वाले क्षेत्र से कणों के निरंतर प्रसार की उपस्थिति के रूप में दर्शाया जा सकता है, अर्थात, सिस्टम लगातार पूरे वॉल्यूम में छितरी हुई अवस्था की एकाग्रता को बराबर करने का प्रयास करता है।

4. संरचनात्मक-यांत्रिक कारकगतिज है। इसकी क्रिया इस तथ्य के कारण है कि कणों की सतह पर लोच और यांत्रिक शक्ति वाली फिल्में बन सकती हैं, जिन्हें नष्ट करने के लिए ऊर्जा और समय की आवश्यकता होती है।

5. हाइड्रोडायनामिक कारकपरिक्षिप्त प्रावस्था के कणों के बीच द्रव की पतली परतों में परिक्षेपण माध्यम की श्यानता और घनत्व में परिवर्तन के कारण स्कंदन की दर कम कर देता है।

आमतौर पर, एक साथ कई कारकों द्वारा समग्र स्थिरता प्रदान की जाती है। थर्मोडायनामिक और गतिज कारकों की संयुक्त कार्रवाई के तहत विशेष रूप से उच्च स्थिरता देखी जाती है।

पीए रेबाइंडर द्वारा पहली बार माना जाने वाला संरचनात्मक-यांत्रिक अवरोध, एक मजबूत स्थिरीकरण कारक है जो चरण की सीमाओं पर सोखना परतों के गठन से जुड़ा है जो सतह को lyophilize करता है। ऐसी परतों की संरचना और यांत्रिक गुण छितरी हुई अवस्था के कणों के बीच फैलाव माध्यम के इंटरलेयर्स की बहुत उच्च स्थिरता प्रदान कर सकते हैं।

सर्फेक्टेंट अणुओं के सोखने के दौरान संरचनात्मक-यांत्रिक अवरोध उत्पन्न होता है, जो इंटरफ़ेस पर एक जेल जैसी संरचित परत बनाने में सक्षम होते हैं, हालांकि, संभवतः, इस इंटरफ़ेस के संबंध में उनके पास उच्च सतह गतिविधि नहीं होती है। ऐसे पदार्थों में रेजिन, सेल्यूलोज डेरिवेटिव, प्रोटीन और अन्य तथाकथित सुरक्षात्मक कोलाइड शामिल हैं, जो मैक्रोमोलेक्यूलर पदार्थ हैं।

§नौ। इमल्शन का स्थिरीकरण और टूटना

आइए इमल्शन के उदाहरण पर छितरी हुई प्रणालियों के स्थिरीकरण और विनाश की विशेषताओं पर विचार करें।

तरल परिक्षिप्त प्रावस्था और द्रव परिक्षेपण माध्यम वाले परिक्षेपण तंत्र इमल्शन कहलाते हैं।

उनकी विशिष्ट विशेषता दो प्रकार के पायस बनाने की संभावना है: सीधा, जिसमें फैलाव माध्यम अधिक ध्रुवीय तरल (आमतौर पर पानी) होता है और उल्टा, जिसमें अधिक ध्रुवीय द्रव परिक्षिप्त प्रावस्था बनाता है।

कुछ शर्तों के तहत, वहाँ है इमल्शन का चरण उत्क्रमणजब किसी दिए गए प्रकार का पायस, किसी अभिकर्मक के परिचय के साथ या परिस्थितियों में बदलाव के साथ, विपरीत प्रकार के पायस में बदल जाता है।

इमल्शन का सबसे महत्वपूर्ण प्रतिनिधि पानी-तेल इमल्शन है, जो प्राकृतिक सर्फेक्टेंट और रेजिन द्वारा बहुत दृढ़ता से स्थिर होता है। ऐसी प्रणालियों का विनाश तेल तैयार करने और शोधन का पहला और कठिन चरण है।

इमल्शन की समग्र स्थिरता कई स्थिरता कारकों द्वारा निर्धारित की जा सकती है।

कुछ शर्तों के तहत सहज फैलाव द्वारा उनका गठन संभव है, जब इंटरफेसियल तनाव इतना कम होता है (10 2 10 1 से कम) एमजे/एम 2 ) यह पूरी तरह से एन्ट्रापी कारक द्वारा मुआवजा दिया जाता है। यह तथाकथित महत्वपूर्ण मिश्रण तापमान के करीब तापमान पर संभव है। इसके अलावा, कोलाइडल सर्फेक्टेंट और एचएमएस समाधान में अंतर-निम्न मूल्यों को कम करने की क्षमता है, जो सामान्य परिस्थितियों में भी थर्मोडायनामिक रूप से स्थिर (सहज रूप से गठित) इमल्शन प्राप्त करना संभव बनाता है।

थर्मोडायनामिक रूप से स्थिर और सहज रूप से निर्मित (लियोफिलिक) इमल्शन में, कणों का फैलाव बहुत अधिक होता है।

अधिकांश इमल्शन माइक्रोहेटेरोजेनस, थर्मोडायनामिक रूप से अस्थिर (लियोफोबिक) सिस्टम हैं। लंबे समय तक भंडारण के दौरान, उनमें एग्लोमरेशन (जमावट) होता है, और फिर बूंदें जम जाती हैं।

पायस की समग्र स्थिरता मात्रात्मक रूप से उनके स्तरीकरण की दर की विशेषता है। यह इमल्शन प्राप्त करने के बाद निश्चित समय अंतराल पर एक्सफ़ोलीएटेड चरण की ऊंचाई (मात्रा) को मापकर निर्धारित किया जाता है। इमल्सीफायर के बिना, इमल्शन की स्थिरता आमतौर पर खराब होती है। सर्फेक्टेंट, आईयूडी, पाउडर का उपयोग करके इमल्शन के स्थिरीकरण के ज्ञात तरीके। सर्फेक्टेंट के साथ इमल्शन का स्थिरीकरण सोखना और सर्फेक्टेंट अणुओं के एक निश्चित अभिविन्यास के कारण प्रदान किया जाता है, जो सतह के तनाव में कमी का कारण बनता है।

इमल्शन में सर्फेक्टेंट का उन्मुखीकरण रेबाइंडर के पोलरिटी इक्वलाइजेशन नियम का पालन करता है: ध्रुवीय सर्फेक्टेंट समूह ध्रुवीय चरण का सामना करते हैं, और नॉनपोलर रेडिकल नॉनपोलर चरण का सामना करते हैं। सर्फेक्टेंट (आयनिक, नॉनियोनिक) के प्रकार के आधार पर, इमल्शन की बूंदें एक उपयुक्त चार्ज प्राप्त करती हैं या उनकी सतह पर सोखना-सॉल्वेशन परतें दिखाई देती हैं।

यदि सर्फैक्टेंट तेल की तुलना में पानी में बेहतर घुलनशील है (पायस में गैर-ध्रुवीय चरण के लिए तेल सामान्य नाम है), एक प्रत्यक्ष ओ/डब्ल्यू इमल्शन बनता है, यदि इसकी घुलनशीलता तेल में बेहतर है, तो एक उलटा ओ/ओ इमल्शन प्राप्त होता है। (बैनक्रॉफ्ट का नियम)।इमल्सीफायर बदलने से इमल्शन उल्टा हो सकता है। इसलिए, यदि सोडियम साबुन के साथ स्थिर o/w इमल्शन में कैल्शियम क्लोराइड का एक घोल मिलाया जाता है, तो इमल्सीफायर कैल्शियम के रूप में बदल जाता है और इमल्शन उलट जाता है, यानी तेल चरण एक फैलाव माध्यम बन जाता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि कैल्शियम साबुन पानी की तुलना में तेल में अधिक घुलनशील होता है।

सर्फेक्टेंट के साथ उलटा इमल्शन का स्थिरीकरण सतह के तनाव में कमी के कारण कारकों तक सीमित नहीं है। सर्फैक्टेंट, विशेष रूप से लंबे रेडिकल वाले, इमल्शन बूंदों की सतह पर महत्वपूर्ण चिपचिपाहट (संरचनात्मक-यांत्रिक कारक) की फिल्में बना सकते हैं, साथ ही एन्ट्रॉपी प्रतिकर्षण प्रदान कर सकते हैं। संरचनात्मक-यांत्रिक और एन्ट्रापी कारक विशेष रूप से महत्वपूर्ण हैं यदि सतह-सक्रिय मैक्रोमोलेक्यूलर यौगिकों का उपयोग स्थिरीकरण के लिए किया जाता है। संरचनात्मक-यांत्रिक कारक - एक फैलाव माध्यम द्वारा संरचित और अत्यधिक घुलनशील एक सोखना फिल्म का निर्माण केंद्रित और अत्यधिक केंद्रित पायस के स्थिरीकरण के लिए बहुत महत्व रखता है। एक अत्यधिक केंद्रित पायस की बूंदों के बीच पतली संरचित इंटरलेयर्स सिस्टम को ठोस-समान गुणों को स्पष्ट करती हैं।

अत्यधिक परिक्षिप्त चूर्णों की सहायता से इमल्शन का स्थिरीकरण भी संभव है। उनकी क्रिया का तंत्र सर्फेक्टेंट के समान है। पर्याप्त रूप से हाइड्रोफिलिक सतह (मिट्टी, सिलिका, आदि) वाले पाउडर प्रत्यक्ष पायस को स्थिर करते हैं। हाइड्रोफोबिक पाउडर (कालिख, हाइड्रोफोबाइज्ड एरोसिल, आदि) रिवर्स इमल्शन को स्थिर करने में सक्षम हैं। इमल्शन बूंदों की सतह पर पाउडर कण इस तरह स्थित होते हैं कि उनकी अधिकांश सतह फैलाव माध्यम में होती है। इमल्शन की स्थिरता सुनिश्चित करने के लिए, बूंद की सतह का एक घना पाउडर कोटिंग आवश्यक है। यदि माध्यम और छितरी हुई अवस्था द्वारा स्टेबलाइजर पाउडर के कणों को गीला करने की डिग्री बहुत भिन्न होती है, तो पूरा पाउडर उस चरण की मात्रा में होगा जो इसे अच्छी तरह से गीला करता है, और इसका स्पष्ट रूप से स्थिर प्रभाव नहीं होगा।

आयनिक पायसीकारकों के साथ स्थिर एक प्रत्यक्ष पायस को बहुसंयोजी आयनों के साथ इलेक्ट्रोलाइट्स जोड़कर नष्ट किया जा सकता है। इस तरह के इलेक्ट्रोलाइट्स न केवल विद्युत दोहरी परत के संपीड़न का कारण बनते हैं, बल्कि पायसीकारकों को एक ऐसे रूप में परिवर्तित करते हैं जो पानी में खराब घुलनशील होता है। इमल्सीफायर को दूसरे इमल्सीफायर से निष्प्रभावी किया जा सकता है जो प्रतिलोम इमल्शन के निर्माण को बढ़ावा देता है। आप इमल्सीफायर की तुलना में अधिक सतह-सक्रिय पदार्थ जोड़ सकते हैं, जो स्वयं मजबूत फिल्में नहीं बनाता है (तथाकथित प्रक्षालक) उदाहरण के लिए, अल्कोहल (पेंटाइल और अन्य) पायसीकारी को विस्थापित करते हैं, उनकी फिल्मों को भंग करते हैं और इमल्शन बूंदों के सहसंयोजन को बढ़ावा देते हैं। इमल्शन को तापमान में वृद्धि करके, इसे विद्युत क्षेत्र में रखकर, बसने, सेंट्रीफ्यूजिंग, छिद्रपूर्ण सामग्री के माध्यम से छानकर नष्ट किया जा सकता है जो फैलाव माध्यम से गीला होता है, लेकिन छितरी हुई अवस्था के पदार्थ से गीला नहीं होता है, और अन्य तरीकों से।

अध्याय XIV। फैलाव प्रणाली के संरचनात्मक और यांत्रिक गुण

§एक। बुनियादी अवधारणाएँ और रियोलॉजी के आदर्श नियम

सबसे महत्वपूर्ण यांत्रिक गुण चिपचिपाहट, लोच, प्लास्टिसिटी, ताकत हैं। चूंकि ये गुण सीधे निकायों की संरचना से संबंधित हैं, इसलिए उन्हें आमतौर पर संरचनात्मक-यांत्रिक कहा जाता है।

प्रणालियों के संरचनात्मक और यांत्रिक गुणों का अध्ययन विधियों द्वारा किया जाता है रियोलॉजी - भौतिक प्रणालियों के विरूपण और प्रवाह के बारे में विज्ञान। रियोलॉजी बाहरी तनावों की कार्रवाई के तहत विरूपण की अभिव्यक्ति द्वारा सिस्टम के यांत्रिक गुणों का अध्ययन करती है। कोलाइड रसायन विज्ञान में, संरचना का अध्ययन करने और छितरी हुई प्रणालियों के चिपचिपे गुणों का वर्णन करने के लिए रियोलॉजिकल विधियों का उपयोग किया जाता है।

अवधिविकृति प्रणाली के बिंदुओं के सापेक्ष विस्थापन का मतलब है, जिस पर इसकी निरंतरता का उल्लंघन नहीं होता है. विरूपण लोचदार और अवशिष्ट में विभाजित है। लोचदार विरूपण के साथ, भार (तनाव) को हटाने के बाद शरीर की संरचना पूरी तरह से बहाल हो जाती है; अवशिष्ट विरूपण अपरिवर्तनीय है, लोड हटा दिए जाने के बाद भी सिस्टम में परिवर्तन बने रहते हैं। अवशिष्ट विरूपण, जिस पर शरीर टूटता नहीं है, प्लास्टिक कहलाता है।

लोचदार विकृतियों में, आयतन (तनाव, संपीड़न), कतरनी और मरोड़ विकृति प्रतिष्ठित हैं। वे मात्रात्मक रूप से सापेक्ष (आयाम रहित) मूल्यों की विशेषता रखते हैं। उदाहरण के लिए, एक-आयामी विरूपण के साथ, सापेक्ष बढ़ाव के संदर्भ में तनाव व्यक्त किया जाता है:

कहाँ पे मैं 0 और मैं- क्रमशः खींचने से पहले और बाद में शरीर की लंबाई; मैं मैं- पूर्ण बढ़ाव।

अपरूपण विकृति निरपेक्ष अपरूपण (पूर्ण विकृति) द्वारा निर्धारित की जाती है आप और सापेक्ष बदलाव (अंजीर। 34) वोल्टेज के तहत आर:

(XIV.1)

कहाँ पे वाई -ऊपरी परत का विस्थापन (पूर्ण विरूपण); एक्स -जिस ऊंचाई पर विस्थापन होता है, - कतरनी कोण। .

चित्र 34 के अनुसार, आपेक्षिक शिफ्ट शिफ्ट कोण की स्पर्शरेखा के बराबर है , जो, बदले में, कोण के लगभग बराबर है , यदि यह छोटा है और इस कोण का मान रेडियन में व्यक्त किया जाता है।

चित्र.34. कतरनी विरूपण का योजनाबद्ध प्रतिनिधित्व

न्यूनतम भार लागू होने पर तरल पदार्थ और गैसें विकृत हो जाती हैं; दबाव अंतर के प्रभाव में, वे बहते हैं। प्रवाह विरूपण के प्रकारों में से एक है, जिसमें निरंतर दबाव (भार) की क्रिया के तहत विरूपण की मात्रा लगातार बढ़ जाती है। गैसों के विपरीत, तरल पदार्थ प्रवाह के दौरान संकुचित नहीं होते हैं और उनका घनत्व लगभग स्थिर रहता है।

वोल्टेज (आर ), जो शरीर के विरूपण का कारण बनता है, बल के अनुपात से उस क्षेत्र पर निर्धारित होता है जिस पर यह कार्य करता है. अभिनय बल को दो घटकों में विघटित किया जा सकता है: सामान्य, शरीर की सतह पर लंबवत निर्देशित, और स्पर्शरेखा (स्पर्शरेखा), इस सतह पर स्पर्शरेखा से निर्देशित। तदनुसार, दो प्रकार के तनाव प्रतिष्ठित हैं: सामान्य और स्पर्शरेखा, जो दो मुख्य प्रकार के विरूपण के अनुरूप हैं: तनाव (या संपीड़न) और कतरनी। इन मूल प्रकार के विकृतियों के विभिन्न संयोजनों का उपयोग करके अन्य प्रकार के विरूपण का प्रतिनिधित्व किया जा सकता है। वोल्टेज की SI इकाई पास्कल है ( देहात).

किसी भी भौतिक प्रणाली में सभी रियोलॉजिकल गुण होते हैं . मुख्य, जैसा कि पहले ही उल्लेख किया गया है, लोच, प्लास्टिसिटी, क्रूरता और ताकत हैं। ये सभी गुण अपरूपण विकृति में प्रकट होते हैं, जिसे इसलिए रियोलॉजिकल अध्ययनों में सबसे महत्वपूर्ण माना जाता है।

इस प्रकार, विरूपण की प्रकृति और परिमाण शरीर की सामग्री के गुणों, उसके आकार और बाहरी बलों के आवेदन की विधि पर निर्भर करता है।

रियोलॉजी में, सामग्री के यांत्रिक गुणों को रियोलॉजिकल मॉडल के रूप में दर्शाया जाता है, जो तीन बुनियादी आदर्श कानूनों पर आधारित होते हैं जो तनाव को विरूपण से संबंधित करते हैं। वे आदर्शीकृत सामग्री के तीन प्राथमिक मॉडल (तत्व) के अनुरूप हैं जो बुनियादी रियोलॉजिकल विशेषताओं (लोच, प्लास्टिसिटी, चिपचिपाहट) को पूरा करते हैं: हुक का आदर्श लोचदार शरीर, न्यूटन का आदर्श रूप से चिपचिपा शरीर (न्यूटनियन तरल पदार्थ) और सेंट-वेनेंट-कूलम्ब का आदर्श प्लास्टिक शरीर।

हुक का आदर्श लोचदार शरीरएक सर्पिल स्प्रिंग के रूप में निरूपित करते हैं (चित्र 35)। के अनुसार हुक का नियम लोचदार शरीर में विकृति कतरनी तनाव के समानुपाती होती है आर:

या
(XIV.2)

कहाँ पे जी-आनुपातिकता कारक, या कतरनी मापांक।

अपरूपण - मापांक जी सामग्री (इसकी संरचना) की एक विशेषता है, मात्रात्मक रूप से इसके लोचदार गुणों (कठोरता) को दर्शाती है। समीकरण (XIV.2) से यह निम्नानुसार है कि कतरनी मॉड्यूलस की इकाई पास्कल (एसआई) है, यानी वोल्टेज के समान, मान के बाद से γ आयामहीन। कतरनी मापांक विरूपण की निर्भरता की विशेषता वाली सीधी रेखा के ढलान के कोटेंजेंट से निर्धारित किया जा सकता है γ कतरनी तनाव से आर(अंजीर देखें। 35, बी)। आणविक क्रिस्टल के लिए लोच का मापांक ~ 10 9 . है देहात, सहसंयोजक क्रिस्टल और धातुओं के लिए - 10 11 देहातऔर अधिक। लोड हटा दिए जाने के बाद, हुक का आदर्श लोचदार शरीर तुरंत अपनी मूल स्थिति (आकार) में वापस आ जाता है।

चित्र.35. हुक का आदर्श लोचदार शरीर मॉडल (ए) और कतरनी तनाव पर इस शरीर के विरूपण की निर्भरता (बी)

न्यूटन का आदर्श चिपचिपा शरीरएक पिस्टन के रूप में दर्शाया गया है जिसमें तरल के साथ एक सिलेंडर में छेद रखा गया है (चित्र। 36)। एक आदर्श चिपचिपा द्रव के अनुसार बहता है न्यूटन का नियम . इस नियम के अनुसार, लामिना के द्रव प्रवाह में अपरूपण प्रतिबल निरपेक्ष अपरूपण दर (पूर्ण विकृति) की प्रवणता के समानुपाती होता है। ड्यू/ डीएक्स:

(XIV.3),

कहाँ पे η – आनुपातिकता कारक, जिसे गतिशील चिपचिपाहट कहा जाता है (गतिशील चिपचिपाहट को कभी-कभी अक्षर प्रतीक द्वारा भी दर्शाया जाता है  ).

द्रव की दो परतों की समतल-समानांतर (लामिना) गति के साथ, एक परत दूसरे के सापेक्ष खिसकती है। यदि द्रव की परतों के निरपेक्ष अपरूपण की दर को द्वारा निरूपित किया जाता है यू= डीवाई/ डीटीऔर ध्यान रखें कि निर्देशांक एक्सऔर समय टीस्वतंत्र चर हैं, तो विभेदन के क्रम को बदलकर, (XIV.1) को ध्यान में रखते हुए, हम निम्नलिखित संबंध प्राप्त कर सकते हैं:

(XIV.4)

कहाँ पे
सापेक्ष अपरूपण विकृति दर है।

इस प्रकार, न्यूटन के नियम को इस प्रकार भी कहा जा सकता है: अपरूपण प्रतिबल सापेक्ष विकृति दर के समानुपाती होता है:

(XIV.5)

आदर्श तरल पदार्थों के रियोलॉजिकल गुण विशिष्ट रूप से चिपचिपाहट की विशेषता होते हैं। इसकी परिभाषा समीकरणों (XIV.3) और (XIV.5) द्वारा दी गई है। निर्भरता ग्राफ पी – मूल से निकलने वाली एक सीधी रेखा है, इस सीधी रेखा के x-अक्ष पर झुकाव के कोण का कोटैंजेंट तरल की चिपचिपाहट निर्धारित करता है। श्यानता का व्युत्क्रम कहलाता है तरलता।यदि चिपचिपाहट एक तरल पदार्थ के आंदोलन के प्रतिरोध की विशेषता है, तो तरलता इसकी गतिशीलता की विशेषता है।

चित्र 36. आदर्श रूप से चिपचिपा न्यूटन द्रव का मॉडल (ए) और कतरनी तनाव पर इस तरल पदार्थ की तनाव दर की निर्भरता (बी)

चिपचिपाहट की इकाइयाँ समीकरण (XIV.5) से अनुसरण करती हैं। चूंकि इकाइयों की अंतरराष्ट्रीय प्रणाली में, तनाव को पास्कल में मापा जाता है, और सापेक्ष तनाव दर . में मापा जाता है साथ -1 , तो श्यानता की इकाई पास्कल सेकंड होगी ( उत्तीर्ण करना) सीजीएस प्रणाली में, संतुलन को चिपचिपाहट की इकाई के रूप में लिया जाता है ( पी) (1 उत्तीर्ण करना = 10 पी) 20.5 डिग्री सेल्सियस पर पानी की चिपचिपाहट 0.001 . है उत्तीर्ण करनाया 0.01 पी, यानी 1 सेंटीपोइज़ ( एसपी) गैसों की चिपचिपाहट लगभग 50 गुना कम होती है, अत्यधिक चिपचिपे तरल पदार्थों के लिए, चिपचिपाहट का मान हजारों और लाखों गुना अधिक हो सकता है, और ठोस के लिए यह 10 15 -10 20 हो सकता है। उत्तीर्ण करनाऔर अधिक। तरलता का आयाम श्यानता के आयाम का व्युत्क्रम होता है, इसलिए श्यानता की इकाइयाँ तरलता की इकाइयों के व्युत्क्रम होती हैं। उदाहरण के लिए, सीजीएस प्रणाली में, तरलता को शून्य से एक शक्ति के बराबर मापा जाता है ( पी -1 ).

सेंट-वेनेंट के आदर्श प्लास्टिक बॉडी का मॉडल - कूलम्बेएक तल पर स्थित एक ठोस पिंड है, जिसकी गति के दौरान घर्षण स्थिर रहता है और यह सामान्य (सतह पर लंबवत) बल (चित्र। 37) पर निर्भर नहीं करता है। यह मॉडल बाह्य (शुष्क) घर्षण के नियम पर आधारित है, जिसके अनुसार अपरूपण प्रतिबल एक निश्चित मान से कम होने पर कोई विकृति नहीं होती है। आर* , उपज शक्ति कहा जाता है, अर्थात at

पीपी*

यदि तनाव उपज बिंदु तक पहुंच जाता है, तो आदर्श रूप से प्लास्टिक के शरीर के विकसित विरूपण की कोई सीमा नहीं होती है, और प्रवाह किसी भी गति से होता है, अर्थात,

पी= पी* >0 >0

यह निर्भरता अंजीर में दिखाई गई है। 37, बी। यह इस प्रकार है कि एक तनाव से अधिक पी*. मूल्य पी*शरीर की संरचना की ताकत को दर्शाता है। मान लीजिये आर = पी*एक आदर्श प्लास्टिक निकाय की संरचना नष्ट हो जाती है, जिसके बाद तनाव का प्रतिरोध पूरी तरह से अनुपस्थित होता है।

आदर्श तत्वों (रियोलॉजिकल मॉडल) की तुलना से पता चलता है कि हुक के लोचदार शरीर के विरूपण पर खर्च की गई ऊर्जा उतराई (तनाव की समाप्ति के बाद) के दौरान वापस आती है, और जब चिपचिपा और प्लास्टिक निकाय विकृत हो जाते हैं, तो ऊर्जा गर्मी में परिवर्तित हो जाती है। इसके अनुसार, हुक का शरीर रूढ़िवादी प्रणालियों से संबंधित है, और अन्य दो विघटनकारी (ऊर्जा-हानि) प्रणालियों से संबंधित हैं।

परिभाषा के अनुसार, लियोफोबिक सिस्टम में सतह ऊर्जा की अधिकता होनी चाहिए, अगर इसे स्टेबलाइजर्स की शुरूआत से मुआवजा नहीं दिया जाता है। अतः उनमें कण वृद्धि की प्रक्रिया स्वतः ही हो जाती है, अर्थात्। विशिष्ट सतह क्षेत्र में कमी के कारण सतह ऊर्जा में कमी होती है। ऐसी प्रणालियों को कहा जाता है सामूहिक रूप से अस्थिर।

कण इज़ाफ़ा विभिन्न तरीकों से आगे बढ़ सकता है। उनमें से एक, कहा जाता है इज़ोटेर्मल आसवन , छोटे कणों से बड़े कणों (केल्विन प्रभाव) में पदार्थ का स्थानांतरण होता है। नतीजतन, छोटे कण धीरे-धीरे घुल जाते हैं (वाष्पीकृत हो जाते हैं), जबकि बड़े कण बढ़ते हैं।

दूसरा तरीका, फैलाव प्रणालियों के लिए सबसे विशिष्ट और सामान्य, है जमावट (लेट से, जमावट, सख्त), जिसमें कणों का आसंजन होता है।

कण संलयन की प्रक्रिया कहलाती है संघीकरण .

जमावट की एक गहरी प्रक्रिया माध्यम की परतों के विनाश और कणों के सीधे संपर्क की ओर ले जाती है। नतीजतन, या तो ठोस कणों के कठोर समुच्चय बनते हैं, या वे पूरी तरह से एक तरल या गैसीय छितरी हुई अवस्था (सहसंयोजन) वाले सिस्टम में विलीन हो जाते हैं। केंद्रित प्रणालियों में, कठोर थोक ठोस संरचनाएं बनती हैं, जिन्हें केवल मजबूर फैलाव द्वारा एक मुक्त-छितरी हुई प्रणाली में वापस परिवर्तित किया जा सकता है। इस प्रकार, जमावट की अवधारणा में कई प्रक्रियाएं शामिल हैं जो सिस्टम के विशिष्ट सतह क्षेत्र में कमी के साथ होती हैं।

उपरोक्त वर्गीकरण के अनुसार, फैलाव प्रणालियों की समग्र स्थिरता के थर्मोडायनामिक और गतिज कारकों को प्रतिष्ठित किया जाता है। चूंकि जमावट की प्रेरक शक्ति अतिरिक्त सतह ऊर्जा है, मुख्य कारक जो फैलाव प्रणालियों की स्थिरता सुनिश्चित करते हैं (सतह के आकार को बनाए रखते हुए) वे होंगे जो सतह के तनाव को कम करते हैं। इन कारकों को थर्मोडायनामिक कहा जाता है। वे कणों के बीच प्रभावी टकराव की संभावना को कम करते हैं, संभावित अवरोध पैदा करते हैं जो जमावट प्रक्रिया को धीमा या बाहर कर देते हैं। सतह का तनाव जितना कम होगा, सिस्टम थर्मोडायनामिक रूप से स्थिर होने के उतना ही करीब होगा।

जमावट की दर भी गतिज कारकों पर निर्भर करती है।

छितरी हुई प्रणालियों के लिए निम्नलिखित थर्मोडायनामिक और गतिज स्थिरता कारक हैं।

दोहरी विद्युत परत के निर्माण के लिए अन्य तंत्र हैं। उदाहरण के लिए, डीईएस पानी और खराब घुलनशील सिल्वर आयोडाइड के बीच इंटरफेस में बनता है। यदि पानी में अत्यधिक घुलनशील सिल्वर नाइट्रेट मिलाया जाता है, तो पृथक्करण के परिणामस्वरूप बनने वाले सिल्वर आयन AgI के क्रिस्टल जाली को पूरा कर सकते हैं, क्योंकि वे इसकी संरचना (चांदी आयनों का विशिष्ट सोखना) में शामिल हैं। नतीजतन, नमक की सतह को सकारात्मक रूप से चार्ज किया जाता है (चांदी के उद्धरणों की अधिकता), और आयोडाइड आयन काउंटरों के रूप में कार्य करेंगे।

2. सोखना-समाधान कारकइंटरफेस को कम करना है

सर्फेक्टेंट की शुरूआत के दौरान तनाव (सोखना और सॉल्वैंशन के कारण)।

3. एन्ट्रापी कारक,पहले दो की तरह, थर्मोडायनामिक को संदर्भित करता है। यह पहले दो कारकों का पूरक है और उन प्रणालियों में कार्य करता है जिनमें कण थर्मल गति में भाग लेते हैं। कणों के एन्ट्रापी प्रतिकर्षण को उच्च सांद्रता वाले क्षेत्र से कम सांद्रता वाले क्षेत्र में कणों के निरंतर प्रसार की उपस्थिति के रूप में दर्शाया जा सकता है, अर्थात। प्रणाली लगातार पूरे आयतन में छितरी हुई अवस्था की सांद्रता को बराबर करने की कोशिश करती है।

थर्मोडायनामिक गतिज

(↓) .(माध्यम के हाइड्रोडायनामिक गुणों के कारण जमावट दर)

ए) इलेक्ट्रोस्टैटिक कारक - ↓ ए) हाइड्रोडायनामिक कारक . के कारण

डीईएस . का गठन

बी) सोखना-समाधान कारक - ↓ बी) संरचनात्मक-यांत्रिक

सतह कारक के सोखना और सॉल्वैंशन के कारण

ग) एन्ट्रापी कारक

थर्मोडायनामिक कारक:

इलेक्ट्रोस्टैटिक कारकइलेक्ट्रोस्टैटिक प्रतिकारक बलों के निर्माण में योगदान देता है, जो कणों की सतह क्षमता और विशेष रूप से -क्षमता में वृद्धि के साथ बढ़ता है।

सोखना-समाधान कारक सॉल्वैंशन के परिणामस्वरूप कणों की सतह में कमी के कारण। इस मामले में, कणों की सतह प्रकृति में लिपिलिक होती है या गैर-इलेक्ट्रोलाइट स्टेबलाइजर्स के सोखने के कारण होती है। ऐसी प्रणालियाँ कण सतह पर विभव के अभाव में भी समग्र रूप से स्थिर हो सकती हैं।

लियोफोबिक सिस्टम को उनके सतह के अणुओं पर सोखना संभव है जिसके साथ उनका माध्यम इंटरैक्ट करता है। ये सर्फेक्टेंट, एचएमएस हैं, और इमल्शन के मामले में, माध्यम से भीगने वाले बारीक बिखरे हुए पाउडर।

ऐसे पदार्थों का सोखना संपर्क चरणों की ध्रुवीयता (रेहबिंदर के नियम) के अनुसार अणुओं के सॉल्वैंशन और अभिविन्यास के साथ होता है। सर्फैक्टेंट सोखना सतह की गिब्स ऊर्जा में कमी की ओर जाता है और इस प्रकार, सिस्टम की थर्मोडायनामिक स्थिरता में वृद्धि करता है

एन्ट्रापी कारक छोटे कणों वाले सिस्टम में एक विशेष भूमिका निभाता है, क्योंकि ब्राउनियन गति के कारण, बिखरे हुए चरण के कण समान रूप से सिस्टम के आयतन पर वितरित होते हैं। नतीजतन, सिस्टम की यादृच्छिकता बढ़ जाती है (इसकी यादृच्छिकता कम होती है यदि कण पोत के तल पर तलछट के रूप में होते हैं), नतीजतन, इसकी एन्ट्रॉपी भी बढ़ जाती है। इससे सिस्टम की थर्मोडायनामिक स्थिरता में वृद्धि होती है, जो कुल गिब्स ऊर्जा को कम करके हासिल की जाती है। दरअसल, यदि किसी प्रक्रिया के दौरान S>0, तो समीकरण के अनुसार

G = H - TS,

ऐसी प्रक्रिया गिब्स ऊर्जा G . में कमी के साथ होती है

गतिज कारक:

संरचनात्मक-यांत्रिक स्थिरता कारककणों की सतह पर सर्फेक्टेंट और एचएमएस के सोखने के दौरान होता है, जो संरचनात्मक और यांत्रिक गुणों के साथ सोखना परतों के निर्माण की ओर ले जाता है। इन पदार्थों में शामिल हैं: लंबी श्रृंखला वाले सर्फेक्टेंट, अधिकांश आईयूडी, जैसे जिलेटिन, कैसिइन, प्रोटीन, साबुन, रेजिन। कणों की सतह पर ध्यान केंद्रित करते हुए, वे एक जेल जैसी फिल्म बना सकते हैं। ये सोखना परतें, जैसा कि यह थीं, कणों के दृष्टिकोण और उनके एकत्रीकरण के लिए एक बाधा हैं।

इस मामले में सतह तनाव में एक साथ कमी इस तथ्य की ओर ले जाती है कि यह कारक सभी फैलाव प्रणालियों के स्थिरीकरण के लिए सार्वभौमिक हो जाता है।

हाइड्रोडायनामिक स्थिरता कारक स्वयं में प्रकट होता हैअत्यधिक चिपचिपा और सघन फैलाव माध्यम, जिसमें परिक्षिप्त चरण के कणों का वेग कम होता है और उनकी गतिज ऊर्जा एक छोटे से संभावित प्रतिकर्षण अवरोध को भी दूर करने के लिए पर्याप्त नहीं होती है।

वास्तविक कोलाइडल प्रणालियों में, कई थर्मोडायनामिक और गतिज स्थिरता कारक आमतौर पर एक साथ कार्य करते हैं। उदाहरण के लिए, पॉलीस्टाइनिन लेटेक्स मिसेल (अध्याय 5 देखें) की स्थिरता आयनिक, संरचनात्मक-यांत्रिक, और सोखना-समाधान स्थिरता कारकों द्वारा प्रदान की जाती है।

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि प्रत्येक स्थिरता कारक की इसे बेअसर करने की अपनी विशिष्ट विधि होती है। उदाहरण के लिए, इलेक्ट्रोलाइट्स की शुरूआत से आयनिक कारक का प्रभाव काफी कम हो जाता है। पदार्थों की मदद से संरचनात्मक-यांत्रिक कारक की कार्रवाई को रोका जा सकता है - तथाकथित। डीमूल्सीफायर्स(ये आमतौर पर शॉर्ट-चेन सर्फेक्टेंट होते हैं) जो कणों की सतह पर लोचदार संरचित परतों के साथ-साथ यांत्रिक, थर्मल और अन्य तरीकों से पतले होते हैं। नतीजतन, सिस्टम की समग्र स्थिरता का नुकसान होता है और जमावट.

स्टेबलाइजर्स की कार्रवाई के तंत्र

स्टेबलाइजर्स कणों के एक साथ चिपके रहने के रास्ते में एक संभावित या संरचनात्मक-यांत्रिक अवरोध पैदा करते हैं, और इसकी पर्याप्त ऊंचाई के साथ, एक थर्मोडायनामिक रूप से अस्थिर प्रणाली विशुद्ध रूप से गतिज कारणों के लिए लंबे समय तक मौजूद रह सकती है, जो मेटास्टेबल अवस्था में होती है।

आइए हम अधिक विस्तार से स्थिरता के इलेक्ट्रोस्टैटिक कारक या फैलाव प्रणालियों के स्थिरीकरण के आयनिक कारक पर विचार करें।

6.3. छितरी हुई प्रणालियों के स्थिरीकरण का आयन कारक

लियोफोबिक सॉल डीएलवीओ की स्थिरता का सिद्धांत

सोखना, इलेक्ट्रोस्टैटिक और स्थिरता और जमावट के कई अन्य सिद्धांत छितरी हुई प्रणालियों के लिए देखे गए कई तथ्यों की व्याख्या नहीं कर सके। उनके सबसे महत्वपूर्ण प्रावधान स्थिरता के आधुनिक सिद्धांत का एक अभिन्न अंग बन गए हैं, जो आमतौर पर लियोफोबिक सॉल के व्यवहार के साथ अच्छे समझौते में है।

डीईएल के गठन से एक ओर, इंटरफेसियल तनाव में कमी आती है, जो सिस्टम की थर्मोडायनामिक स्थिरता को बढ़ाता है, और दूसरी ओर, कण एकत्रीकरण के रास्ते पर इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रतिकर्षण का एक संभावित अवरोध पैदा करता है, जिससे ऐसा होता है। -बुलाया। आयनिक (इलेक्ट्रोस्टैटिक) स्थिरता कारक.

इस बाधा की प्रकृति पर विचार करें। हाइड्रोफोबिक कोलाइड्स की स्थिरता के सिद्धांत के अनुसार दरियागिन (*) , लेन्डौ (*) , वेर्वेया (*) , ओवरबेक (*) (डीएलवीओ सिद्धांत), DEL वाले कणों के बीच आकर्षक और प्रतिकारक बल कार्य करते हैं। प्रतिकारक बल असंबद्ध दबाव के कारण होते हैं: जब कण निकट आते हैं, डीईएल के फैले हुए हिस्से ओवरलैप होते हैं, और कणों के बीच काउंटरों की एकाग्रता चरण के अंदर की तुलना में अधिक हो जाती है। कणों के बीच के स्थान में परिक्षेपण माध्यम का प्रवाह होता है, जो उन्हें अलग करने की प्रवृत्ति रखता है। यह प्रवाह बनाता है वियोजन दबाव. DLVO सिद्धांत के अनुसार, कण प्रतिकर्षण ऊर्जा समीकरण द्वारा व्यक्त की जाती है:

स्थिरता का आधुनिक भौतिक सिद्धांत रूसी वैज्ञानिकों डेरीगिन और लैंडौ (1937) द्वारा विकसित किया गया था और इसे सार्वभौमिक मान्यता प्राप्त हुई थी। कुछ समय बाद (1941), एक सैद्धांतिक विकास जिसके परिणामस्वरूप समान परिणाम प्राप्त हुए, डच वैज्ञानिकों वेरवे और ओवरबेक द्वारा किया गया। लेखकों के पहले अक्षरों के अनुसार, स्थिरता के सिद्धांत को सिद्धांत के रूप में जाना जाता है डीएलएफओ(डीएलवीओ)।

छितरी हुई प्रणालियों का इंटरफेशियल सतही तनाव समग्र स्थिरता का एकमात्र कारण नहीं है। जब समान रूप से आवेशित सॉल कण एक दूसरे के पास पहुंचते हैं, तो उनकी विसरित परतें ओवरलैप हो जाती हैं। यह अंतःक्रिया परिक्षेपण माध्यम की एक पतली परत में होती है जो कणों को अलग करती है।

लियोफोबिक सॉल की स्थिरताइन तरल परतों के विशेष गुणों द्वारा निर्धारित किया जाता है। इस परत का पतलापन या तो एक निश्चित छोटी मोटाई पर इसके टूटने के साथ समाप्त होता है, या एक निश्चित संतुलन मोटाई की उपलब्धि के साथ समाप्त होता है, जो आगे कम नहीं होता है। पहले मामले में, कण एक साथ चिपकते हैं, दूसरे में वे नहीं करते हैं।

पतली परत का पतलापन इसके द्रव से बाहर निकलने पर होता है। जब तरल परत पतली (100 - 200 एनएम) हो जाती है, तो उसमें तरल के गुण मात्रा में तरल के गुणों से बहुत भिन्न होने लगते हैं। परत में दिखाई देता है अतिरिक्त दबाव , जिसे डेरियागिन ने बुलाया "विघटन दबाव" .

असंबद्ध दबाव वह अतिरिक्त दबाव है जिसे एक पतली फिल्म को बांधने वाली सतहों पर लागू किया जाना चाहिए ताकि इसकी मोटाई स्थिर रहे या थर्मोडायनामिक रूप से संतुलन प्रक्रिया में विपरीत रूप से बदला जा सके।

सकारात्मकवियोजन दबाव तब होता है जब:

परत 0 में "+" पी। यह तरल को उसमें से बहने से रोकता है, अर्थात। कणों का दृष्टिकोण;

"विघटनकारी दबाव", अर्थात्। फैलता है, कीलें:

ऋणात्मक वियोजन दाब

"-" जब परत में दबाव बढ़ता है, जो कणों के अभिसरण में योगदान देता है

आइए हम परिक्षिप्त प्रावस्था के कणों के विभिन्न दूरी पर आने के मामलों पर विचार करें:

कोई विघटनकारी दबाव नहीं, एच> 2δ

(फैलाना परत मोटाई)

आर ओ आर ओ "+" - आर

एक पतली परत में

"-" - तरल अंतराल से बाहर निकलेगा, और

पी पी कण दृष्टिकोण

चित्र 6.1. पतली परतों में वियोजन दाब का बनना

विसरित परतों को ओवरलैप करने से पहले, मुक्त छितरी हुई प्रणालियों की ऊर्जा E अपरिवर्तित थी, और अंतराल में P = P o (मुक्त तरल के अंदर दबाव)।

अतिव्यापी होने के बाद, मुक्त ऊर्जा बदल जाती है, और तरल परत में, संपर्क निकायों की ओर निर्देशित एक आरडी दिखाई देता है।

दबाव को अलग करने की अवधारणा भौतिक रसायन विज्ञान में मूलभूत फैलाव प्रणालियों में से एक है। वियोजन दाब हमेशा तब होता है जब परिक्षिप्त प्रावस्था (ठोस, द्रव या गैसीय) के कणों के बीच द्रव की एक पतली परत बन जाती है। अभ्रक की दो सतहों के बीच घिरी 1 माइक्रोन मोटी पानी की एक परत में, वियोजन दबाव 430 Pa है। 0.04 µm की पानी की परत की मोटाई के साथ, वियोजन दबाव काफी अधिक होता है और 1.8810 4 पा के बराबर होता है।

ऑप्टिकल और, सबसे ऊपर, इंटरफेरोमेट्रिक विधियों का उपयोग आमतौर पर फिल्म संरचना का अध्ययन करने और इसकी मोटाई को मापने के लिए किया जाता है।

हस्तक्षेप के कारण परावर्तित प्रकाश की तीव्रता I एक जटिल तरीके से फिल्म की मोटाई और आपतित प्रकाश तरंग की लंबाई के अनुपात पर निर्भर करती है।

1/4 3/4 5/4 7/4 घंटे/λ

चावल। 6.2. फिल्म की आपेक्षिक मोटाई पर परावर्तित एकवर्णी प्रकाश की I की निर्भरता।

मोटी फिल्मों के लिए: h=(k+½)λ/2n.

k हस्तक्षेप का क्रम है

n अपवर्तनांक है।

सफेद रोशनी में पतली फिल्मों को अलग-अलग रंगों में रंगा जाता है। h≤ /10 वाली पतली फिल्में परावर्तित प्रकाश में धूसर दिखाई देती हैं, जबकि पतली फिल्में काली दिखाई देती हैं।

ग्रे और ब्लैक फिल्मों के लिए, तीव्रता का माप I उनके एच को निर्धारित करना संभव बनाता है, और निर्भरता I=f(t) पतले कैनेटीक्स को निर्धारित करता है।

पतली फिल्मों में प्रतिकारक बल प्रकृति में इलेक्ट्रोस्टैटिक होते हैं: एक कोलाइडल प्रणाली जिसमें पानी, प्रोटीन होता है ... कार्बनिक, अकार्बनिक और विश्लेषणात्मक की उपलब्धियों का उपयोग करता है रसायन विज्ञानरासायनिक प्रक्रियाओं और उपकरणों और...

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थर्मोडायनामिक और गतिज स्थिरता कारक हैं,

सेवा थर्मोडायनामिक कारकइलेक्ट्रोस्टैटिक, सोखना-समाधान और एन्ट्रापी कारक शामिल हैं।

इलेक्ट्रोस्टैटिक कारकपरिक्षिप्त प्रावस्था के कणों की सतह पर दोहरी विद्युत परत के अस्तित्व के कारण। इलेक्ट्रोस्टैटिक कारक के मुख्य घटक सभी कोलाइडल कणों के कणिकाओं के समान आवेश हैं, इलेक्ट्रोकेनेटिक क्षमता का मूल्य, साथ ही इलेक्ट्रोलाइट्स के सोखने के कारण इंटरफेसियल सतह तनाव में कमी (विशेषकर ऐसे मामलों में जहां आयनोजेनिक सर्फेक्टेंट इलेक्ट्रोलाइट्स होते हैं) )

कणिकाओं के समान विद्युत आवेश से निकटवर्ती कोलॉइडी कणों का परस्पर प्रतिकर्षण होता है। इसके अलावा, मिसेल के व्यास से अधिक दूरी पर, इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रतिकर्षण मुख्य रूप से विसरित परत में काउंटरों के आवेश के कारण होता है। यदि तेज गति से चलने वाले कण आपस में टकराते हैं, तो विसरित परत के काउंटर, कणों से अपेक्षाकृत कमजोर रूप से बंधे होने के कारण, गति कर सकते हैं, और परिणामस्वरूप, कणिकाएं संपर्क में आ जाती हैं। इस मामले में, प्रतिकारक बलों में मुख्य भूमिका विद्युत गतिज क्षमता द्वारा निभाई जाती है। अर्थात्, यदि इसका मान 70 - 80 mV से अधिक है, तो ब्राउनियन गति के परिणामस्वरूप एक दूसरे से टकराने वाले कण इलेक्ट्रोस्टैटिक बाधा को दूर करने में सक्षम नहीं होंगे और टकराने पर फैल जाएंगे और एकत्रीकरण नहीं होगा। ऊष्मागतिकी स्थिरता कारक के रूप में पृष्ठ तनाव की भूमिका की चर्चा अध्याय 1 में की गई थी।

सोखना-समाधान कारकपरिक्षिप्त प्रावस्था के दोनों कणों के जलयोजन (विलयन) से संबंधित है और उनके सतह आयनों या अनावेशित सर्फेक्टेंट अणुओं पर अधिशोषित है। हाइड्रेशन के गोले और सोखना परतें आसंजन बलों द्वारा कण सतह से बंधी होती हैं। इसलिए, समुच्चय के सीधे संपर्क के लिए, टकराने वाले कणों में न केवल इलेक्ट्रोस्टैटिक बाधा को दूर करने के लिए, बल्कि आसंजन के काम को पार करने के लिए भी आवश्यक ऊर्जा होनी चाहिए।

एन्ट्रापी कारकविसरण के परिणामस्वरूप प्रणाली के आयतन पर छितरी हुई अवस्था के कणों के समान वितरण के लिए छितरी हुई अवस्था की प्रवृत्ति होती है। यह कारक मुख्य रूप से अल्ट्रामाइक्रोहेटेरोजेनस सिस्टम में प्रकट होता है, जिसके कण तीव्र ब्राउनियन गति में भाग लेते हैं।

गतिज कारकों के लिएस्थिरता में संरचनात्मक-यांत्रिक और हाइड्रोडायनामिक कारक शामिल हैं।

संरचनात्मक-यांत्रिक कारकइस तथ्य के कारण कि कणों की सतह पर मौजूद हाइड्रेटेड (सॉल्वेट) गोले ने चिपचिपाहट और लोच बढ़ा दी है। कणों के टकराने पर यह एक अतिरिक्त प्रतिकर्षण बल बनाता है - तथाकथित वियोजन दबाव. सोखना परतों की लोच स्वयं भी असंबद्ध दबाव में योगदान करती है। दबाव को अलग करने का सिद्धांत बी.वी. डेरियागिन (1935) द्वारा विकसित किया गया था।

हाइड्रोडायनामिक कारकफैलाव माध्यम की चिपचिपाहट से संबंधित है। यह उच्च चिपचिपाहट वाले माध्यम में कणों की गति को धीमा करके सिस्टम के विनाश की दर को कम करता है। गैसीय माध्यम वाले सिस्टम में यह कारक कम से कम स्पष्ट होता है, और इसकी सबसे बड़ी अभिव्यक्ति एक ठोस माध्यम वाले सिस्टम में देखी जाती है, जहां बिखरे हुए चरण के कण आमतौर पर गतिशीलता से रहित होते हैं।

वास्तविक परिस्थितियों में, छितरी हुई प्रणालियों की स्थिरता आमतौर पर एक साथ कई कारकों द्वारा सुनिश्चित की जाती है। थर्मोडायनामिक और गतिज दोनों कारकों की संयुक्त कार्रवाई के तहत उच्चतम स्थिरता देखी जाती है।

प्रत्येक स्थिरता कारक इसके बेअसर होने की एक विशिष्ट विधि से मेल खाता है। उदाहरण के लिए, संरचनात्मक-यांत्रिक कारक की क्रिया को उन पदार्थों की मदद से हटाया जा सकता है जो कणों की सतह पर लोचदार संरचित परतों को पतला और भंग कर देते हैं। संबंधित पदार्थों के सोखने के दौरान छितरी हुई अवस्था के कणों के लियोफोबाइजेशन द्वारा सॉल्वेशन को कम या पूरी तरह से समाप्त किया जा सकता है। इलेक्ट्रोस्टैटिक कारक की क्रिया काफी कम हो जाती है जब इलेक्ट्रोलाइट्स को सिस्टम में पेश किया जाता है, जो डीईएल को संपीड़ित करता है। यह अंतिम मामला स्थिरीकरण और फैलाव प्रणालियों के विनाश दोनों में सबसे महत्वपूर्ण है।

थर्मोडायनामिक गतिज

(↓ )।(माध्यम के हाइड्रोडायनामिक गुणों के कारण जमावट दर)

ए) इलेक्ट्रोस्टैटिक कारक - ↓ ए के कारण) हाइड्रोडायनामिक कारक

डीईएस . का गठन

बी) सोखना-समाधान कारक - ↓ बी) संरचनात्मक-यांत्रिक

सतह कारक के सोखना और सॉल्वैंशन के कारण

ग) एन्ट्रापी कारक

थर्मोडायनामिक कारक:

इलेक्ट्रोस्टैटिक कारक इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रतिकारक बलों के निर्माण में योगदान देता है, जो कणों की सतह क्षमता में वृद्धि के साथ बढ़ता है, और विशेष रूप से ζ- संभावित।

G = H - TS,

ऐसी प्रक्रिया गिब्स ऊर्जा G . में कमी के साथ होती है<0.

गतिज कारक:

संरचनात्मक-यांत्रिक कारक वहनीयताकणों की सतह पर सर्फेक्टेंट और एचएमएस के सोखने के दौरान होता है, जो संरचनात्मक और यांत्रिक गुणों के साथ सोखना परतों के निर्माण की ओर ले जाता है। इन पदार्थों में शामिल हैं: लंबी श्रृंखला वाले सर्फेक्टेंट, अधिकांश आईयूडी, जैसे जिलेटिन, कैसिइन, प्रोटीन, साबुन, रेजिन। कणों की सतह पर ध्यान केंद्रित करते हुए, वे एक जेल जैसी फिल्म बना सकते हैं। ये सोखना परतें कणों के दृष्टिकोण और उनके एकत्रीकरण के लिए एक बाधा की तरह हैं।

हाइड्रोडायनामिक स्थिरता कारक स्वयं में प्रकट होता है अत्यधिक चिपचिपा और सघन फैलाव माध्यम, जिसमें परिक्षिप्त चरण के कणों का वेग कम होता है और उनकी गतिज ऊर्जा एक छोटे से संभावित प्रतिकर्षण अवरोध को भी दूर करने के लिए पर्याप्त नहीं होती है।

स्टेबलाइजर्स की कार्रवाई के तंत्र

आइए हम अधिक विस्तार से स्थिरता के इलेक्ट्रोस्टैटिक कारक या छितरी हुई प्रणालियों के स्थिरीकरण के आयनिक कारक पर विचार करें।