суспензии

СУСПЕНЗИИ (от позднелат. suspensio — подвешивание)

дисперсные системы, в которых твердые частицы дисперсной фазы — находятся во взвешенном состоянии в жидкой дисперсионной среде (другой часто применяемый термин-взвеси). Интервал размеров частиц — от десятых долей мм до 10⁻⁷ м. С. с меньшими частицами (< 10⁷ м) относят к дисперсным системам, верх. предел размеров частиц ограничен быстрым оседанием частиц в гравитац. поле (см. осаждение). Иногда С. подразделяют на грубодисперсные собственно С. (размер частиц > 10⁶ м) и тонкие взвеси-системы с про-межут. дисперсностью (10⁶–10⁷м). Частицы грубодис-персных С. не проходят через бумажные фильтры, видимы в оптич. микроскоп, практически не участвуют в броуновском движении и диффузии. Размеры частиц С. могут быть определены методами микроскопия., ситового и седи-ментационного анализа (см. дисперсионный анализ), а также на основании данных по адсорбции. Отдельные узкие фракции м. б. выделены из полидисперсной системы с помощью сит, восходящего потока (на конусах) и отмучивания.

Получение С. Два основных способа-смешение сухих порошков с жидкостью или измельчение твердых тел в жидкости (методы диспергирования) и выделение твердой фазы из жидкой среды (методы конденсации). Методы диспергирования требуют затраты энергии на преодоление сил межмолекулярного взаимод. и накопление своб. поверхностной энергии образовавшихся частиц. Измельчение твердых тел осуществляют раздавливанием, истиранием, дроблением, расщеплением мех. способом с помощью дробилок, ступок и мельниц разл. конструкции (шаровых, вибро-, струйных, коллоидных), ультразвуком, а также электрич. методами.

Энергетич. затраты на диспергирование в жидкой среде м. б. существенно снижены за счет адсорбционного понижения прочности твердых тел при введении ПАВ (эффекта Ребиндера; см. физико-химическая механика). Частицы сферич. формы м. б. получены оплавлением в низкотемпературной плазме дугового или высокочастотного разряда. В случае лиофильных дисперсных систем диспергирование может происходить самопроизвольно (напр., С. бентонитовой глины в воде), при этом увеличивается энтропия системы.

При получении С. методами конденсации частицы твердой фазы выделяются из пересыщенных жидких растворов, которые образуются при охлаждении, изменении растворяющей способности среды (метод замены растворителя), вследствие хим. реакций (окисления, восстановления, гидролиза, двойного обмена), приводящих к образованию малорастворимых соединений [BaSO₄, AgI, CaCO₃, Al(OH)₃ и др.]. Размер частиц зависит от соотношения скоростей образования зародышей и их роста. При небольших степенях пересыщения обычно образуются крупные частицы, при больших-мелкие. Предварит. введение в систему зародышей кристаллизации приводит к образованию практически монодисперсных С. Уменьшение дисперсности м. б. достигнуто в результате изотермич. перегонки при нагревании. Дисперсность образующихся С. можно регулировать также введением ПАВ. С. очищают от примесей растворенных веществ диализом, электродиализом, фильтрованием, центрифугированием.

Устойчивость С. Грубодисперсные С. седиментационно неустойчивы. Скорость седиментации (или всплывания частиц) зависит от их размера, формы, разности плотностей частиц и среды, вязкости среды. На практике широко используют понятие гидравлич. крупности С., характеризующее скорость оседания частиц (мм/с) в неподвижной жидкой среде. Скорости седиментации сферич. частиц кварца в воде приведены в таблице.

Агрегативная устойчивость С. (способность частиц сохранять свои первоначальные размеры, не слипаться) зависит от плотности поверхностного электрич. заряда частиц, их потенциала (потенциал Штерна), толщины двойного электрического слоя, интенсивности взаимод. частиц со средой (лиофильности С.). Понижение этих параметров приводит к потере агрегативной устойчивости. Осаждение частиц из С. (разделение фаз) м. б. значительно ускорено путем их укрупнения в результате коагуляции (флокуляции) при введении в С. электролитов (флокулянтов), под действием электрич. поля, магн. или электромагн. полей, жесткого ионизирующего излучения, теплового воздействия. Осадки, образующиеся из коагулированных С., являются более рыхлыми, имеют больший седиментационный объем, чем осадки, получаемые из агрегативно устойчивых С. Процессы разделения С. реализуются, напр., при очистке сточных вод в разл. типа отстойниках, фильтрах, флотаторах, гидроциклонах и центрифугах.

В свободнодисперсных С. частицы свободно перемещаются в среде, в связнодисперсных — объединены в цепочки, сетки и являются неподвижными либо перемещаются в среде единой массой (см. гели). Разбавленные С. являются ньютоновскими жидкостями, их вязкость мало отличается от вязкости среды и линейно возрастает с ростом концентрации дисперсной фазы согласно закону Эйнштейна (см. реология). Дальнейшее увеличение концентрации дисперсной фазы приводит к более резкому возрастанию вязкости С., которое связано с процессом структурообразования и переходом системы в связнодисперсную (коагуляц. и конденсационно-кристаллизац. структуры). Неограниченная устойчивость С. может быть получена при введении в дисперсную систему полимеров.

С. широко применяются в хим., цементной, силикатной, керамич., горной, металлургич., бумажной, текстильной, пищевой, кожевенной и др. областях промышленности. Так, с С. имеют дело при растворении солей, выщелачивании, электрофоретич. осаждении твердой фазы при получении декоративных, антикоррозионных и электроизоляц. покрытий, полупроводниковых пленок, электрофоретич. дисплеев. В прир. условиях образование С. происходит при диспергировании почв, грунтов и скальных пород под воздействием сил прибоя, приливно-отливных явлений, при движении ледников, в результате выветривания и выщелачивания, при загрязнении водоемов атм. пылью.

^{Лит.: Фролов Ю. Г., Курс коллоидной химии, М., 1982; Фридрих-сберг Д. А., Курс коллоидной химии, 2 изд., Л., 1984.}

_{Ю. М. Чернобережский}