Введение к работе
Актуальность работы. Коллоидные и fliicnej>cHbie системы ecr»:«-j венного и нскуственного происхождения широко распространены в при роде и используются в технологической практике. Фундаментальны! физико-химические свойства таких систем существенно завчені щ алектроповерхностных явлении, имеющих место в приграничных слоях и обусловленных наличием двойных электрических слоев вблизи поверх ногти контактирующих фая. Эти явления в значительной, а иногда и в решающей степени,определяют многообразие возможных равновесных состоний коллоидов и особенности переходов между этими состояни ями, таких как коагуляция и агрегирование, обраоование периодических структур и др., а также многие неравновесные, в том числе зяекірокп нетические явления. Создание целостной системы физико-химических представлений о микроструктуре коллоидов и других высоко дисперсных систем и о ее влиянии на электрофизические, реологические и иные свойства, проявляемые на макроуровне, представляется невозможным без детального учета электроповерхностных факторов.
Анализ и моделирование электрофизических явлений и процессов, протекающих в коллоидах и высокодисперсных системах, основывается обычно на классических представлениях о двойном электрическом слое на одиночной частице или элементе поверхности межфазового раздела в неограниченном растворе электролита. Однако такие представлении оказываются недостаточными для описания реальных гетерогенных сред с развитой поверхностью межфазового раздела, так как они не учитывают важнейших факторов, связанных с коллективным взаимодействием большого числа частиц в концентрированных коллоидах и о влиянием этого взаимодействия, а также ряда поверхностных эффектов на свойства самого электролита.
При этом необходимо принимать во внимание, что существуют ди<-
ОСНОВНЫе ГруППЫ КОЛЛеКТИВНЫХ ВОаНМОДеЙСТВШІ. Во-ПерВЫХ, 3TO - ВЗііИ
модействия между ионами, находящимися как в растворе, так и в адсорбированном состоянии; во-вторых, это коллективные взаимодействия, присущие системе большого числа способных к свободному иергмрж.1 hhkj взвешенных коллоидных частиц.
Эффекты стесненности, обычные для концентрированных дисперсных систем, кардинальным образом скапываются как на параметров двойных электрических слоев, так if на составе электролита, .что определяет равновесные термодинамические свойства коллоидных систем
и электролита в капиллярно-пористых телах. Следовательно, эффекты, обусловленные присутствием в системе большого числа частиц, должны существенным образом влиять на устойчивость равновесных состояний концентрированных коллоидных систем и на кинетику процессов коагуляции, агрегирования и других структурных превращений.
Исследования влияния коллективных эффектов были начаты сравнительно Недавно, и в целом представляются недостаточными. Поэтому систематический анализ указанных эффектов и их влияние как на равновесные свойства коллоидных структур, так и на протекающие в них неравновесные процессы представляет собой одну из наиболее актуальных проблем коллоидной химии. Распространенность таких процессов в технологии определяет также большое прикладное значение этих исследований, направленных в конечном итоге на создание расчетных методик этих процессов, их совершенствования п оптимизации.
Работа выполнена в рамках госбюджетной тематики кафедры математической физики Уральского государственного '^университета (N г.р. 01860045507).
Цель работы состояла в моделировании и оценке влияния коллективных эффектов на структуру двойных электрических слоев, на изотерму адсорбции ионов из раствора электролита я на термодинамические функции электролитов и коллоидов.
Научная новизна представляемых в диссертационной работе результатов заключается в следующем:
Исследованы зависимости заряда и потенциала частиц, структуры двойных электрических слоев и степени диссоциации электролита от концентрации частиц в коллоиде. Показано, что они не могут быть приняты равными своим значениям для разбавленных коллоидов, как это делается в большинстве известных исследований.
Получена новая изотерма адсорбции ионов на твердых поверхностях с учетом межионных взаимодействий в" растворе; показано, что последние сильно понижают адсорбцию по сравнению с изотермами .{енри и Штерна, причем эффект резко усиливается с ростом валентности ионов.
Построена термодинамическая модель концентрированного колло
ида с тонкими двойными электрическими слоями, с учетом вятга-
ния коллективных эффектов на стерические, молекулярные н элей тростатические взаимодействия между частицами; найдена гра ница области фазовой устойчивости коллоида в растворе алектро-лита.
Теоретически исследовано влияние электростатического взаимо
действия частиц с тонкими двойными электрическими СЛОЯМИ НИ
процессы градиентной диффузии в концентрированном коллоиде.
Практическая ценность работы обусловлена углублением физически го понимания существа процессов и явлений, имеющих место в концентрированных коллоидах и тонкоднсперсных и мелкопористых системах оаподненньїх раствором электролита. В этом качестве результаты работы могут быть использованы при разработке учебных курсов и мг тодических указаний в соответствующей области физической химии.
Выводы работы могут быть использованы при анализе агрегати вной устойчивости коллоидов и при оценке движущих сил различных электрофиоцческиэ процессов, применяемых в технологической практике (электрофильтрование, разделение ионов и др.).
Апробация работы. Основные результаты диссертации были представлены на Всесоюзной конференции по коллоидной химии природных дисперсных систем (Канев, 1987), Всесоюзных семинарах по алектро-позерхчостным явлениям и мембранным процессам (Киев, 1987. 1988. 1989), Всесоюзном семинаре по фпзико-хнмии поверхностных явлении и дисперсных систем (С.-Петербург, 1992), а также на IX Международном симпозиуме по растворам поверхностно-активных веществ (Варна. 1992).
Основные положения диссертации опубликованы в 5 печатных р«бо тах.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, приложения и списка цитированной литературы (101 наименование). Общий объем работы 138 страниц, в том числе. 18 рисунков и одна таблица.
