ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Вязкость из "Химия кремнезема Ч.1" Ионы натрия и другие катионы, окружающие в водной среде заряженные частицы кремнезема, не удаляются полностью в процессе фильтрации или центрифугирования и поэтому остаются на поверхности кремнезема после его высушивания. Если частицы кремнезема не находились в постоянном броуновском движении, то в водных растворах противоионы, такие, например, как ионы натрия, должны образовывать сплошной слой вблизи адсорбированных на поверхности кремнезема гид-роксил-ионов Однако прГ( термическом возбуждении частиц кремнезема из большей части указанных противоионов вокруг частиц формируется диффузное облако, называемое слоем Гуи . Оставшаяся часть противоионов вблизи поверхности рассматривается как слой Штерна . Толщина диффузного слоя Гуи определяется расстоянием от поверхности частицы до точки, в которой потенциал составляет только 1/е или 0,37 значения потенциала в бесконечности. Дзета-потенциал измеряется посредством электрофореза и рассматривается как потенциал между плоскостью скольжения на наружной границе слоя Штерна, которая перемещается вместе с движущейся частицей, и бесконечно удаленной точкой дисперсионной среды. [c.487] Лонг и Росс [200] исследовали толщину двойного диффузного слоя, окружающего частицы кремнезема, которые имели на поверхности постоянные отрицательно заряженые анионные центры вследствие присоединения четырехкоординированного оксида алюминия. В своей работе авторы использовали коммерческий коллоидный кремнезем типа людокс-АМ. Измеряя электрофоретическую подвижность при постоянном значении pH и содержание электролита в пределах ряда выбранных концентраций кремнезема, Лонг и Росс изучили перекрывание двойных диффузных слоев в довольно концентрированных золях. Хотя повышение концентрации электролита приводило к уменьшению толщины двойного электрического слоя, оно также вызывало возрастание адсорбции гидроксил-ионов и вследствие этого увеличение поверхностного потенциала. Таким образом, полная величина электрокинетического потенциала, определяющая электрофоретическую подвижность, оставалась относительно неизменной. [c.488] Необычный метод изучения заряда на поверхности частиц кремнезема был применен в работе [201]. Коллоидный кремнезем типа людокс, частицы которого имели диаметр 15 нм, подвергали ультразвуковой обработке. Помещая электроды в узловых точках и в пучностях волн, авторы замеряли потенциал такой коллоидной системы, который повышался с возрастанием концентрации кремнезема в интервале от О до --4 % Si02-Потенциал, по-видимому, возникает благодаря движению заряженных частиц по отношению к фиксированному положению электрода. [c.488] Типы противоионов. в большей части патентов, относящихся к коллоидному кремнезему, в качестве стабилизирующего основания вводятся гидроксиды калия, лития, натрия и аммония. Золи наиболее часто стабилизируются гидроксидом натрия. Если его необходимо заместить другими основаниями, золи деионизируют в слое, состоящем из смеси анионита и катионита, и повторно стабилизируют выбранным основанием. Когда желательно получить чистый кремнезем, употребляются золи, стабилизированные аммиаком. Вместо аммиака могут быть использованы низшие амины, но обычно их избегают из-за неприятного запаха [203]. [c.489] согласно данным Рула [7], единственный в своем роде по стабилизирующему действию среди других катионов щелочных металлов. При использовании лития в отличие от натрия к золю можно добавлять сме шиваемые с водой спирты, не опасаясь превращения золя в гель кроме того, образующиеся золи оказываются морозостойкими. [c.489] Айлер [204] обнаружил, что гидроксид лития непохож на гидроксид натрия и в том отношении, что может быть добавлен к золю в качестве стабилизатора в любом количестве, не вызывая процесса коагуляции. Таким образом, золи, имеющие соотношения 5102 20 в интервале от 4 1 до 25 1, оказываются устойчивыми, совместимыми с органическими жидкостями, смешивающимися с водой, и при высушивании образуют водостойкие пленки (см. гл. 2, разд. Полисиликаты лития ). [c.489] Как уже было рассмотрено в гл. 2 в связи с вопросом о силикатах и полисиликатах лития, ионы лития исключительны в том о-рношении, что способны предпочтительно адсорбироваться на поверхности кремнезема, формируя непроницаемый слой, который замедляет процесс растворения кремнезема при высоких значениях pH [206]. [c.489] Влияние концентрации противоионов на поверхностную плотность зарядов. Хорошо известно, что в присутствии такого электролита, как хлорид натрия, при заданном значении pH достигается более высокая плотность заряда на поверхности. Гораздо менее очевидно то, что в относительно концентрированных, стабилизированных щелочью золях концентрация противоионов натрия должна учитываться как электролит во взаимозависимости между поверхностной плотностью заряда и величиной pH. [c.490] Был выведен целый ряд других уравнений, по которым можно предсказывать даже с большей точностью вязкость более высоко концентрированных суспензий, состоящих из сферических частиц, но эти уравнения в основном не были применены к золям. Симха [209], Вэнд [210] и Форд [211] использовали такие уравнения в своих исследованиях. [c.491] Федоре [214] принял во внимание максимальную плотность упаковки сферических частиц в суспензии, что позволило ему получить уравнение для очень высоких концентраций золей. Объемная доля упакованных произвольным образом, но плотно, сферических частиц составляет 0,63. [c.492] Как показано на рис. 4.11, при заданной массовой концентрации кремнезема в золе объемная доля дисперсной фазы изменяется в зависимости от объема ионной оболочки, окружающей каждую частицу кремнезема в виде двойного слоя, и от пористости или степени гидратации частиц. Если вязкость измеряется при pH 2, когда отсутствует заряд на поверхности частиц, то величина объемной доли может быть использована для установления того, сколько воды связано с поверхностью твердых частиц или удерживается внутри частиц с губчатой структурой и агрегатов, поскольку эта вода может рассматриваться как часть дисперсной фазы. [c.492] В серии измерений вязкости, выполненных при pH 2 Айлером и Дальтоном [64] на ряде образцов золей, состоящих из плотных частиц с диаметром менее 8 нм, было показано, что такая связанная вода соответствует слою толщиной в одну молекулу воды. Если диаметр частиц свыше 20 нм, подобный фиксированный гидратный слой воды толщиной всего лишь около 0,3 нм оказывает небольшое воздействие на вязкость, но, когда частицы кремнезема имеют размер только 5 нм, различие в 0,6 нм повышает эффективный диаметр частиц до 5,6 нм и, следовательно, увеличивает эффективный объем дисперсной фазы на 40 %. [c.492] При одинаковых концентрациях кремнезема высоко заряженные частицы (а) спасобст-вуюг более высокому значению вязкости золей по сравнению со слабо заряженными частицами (б). Вязкость золей с плотными частицами (в) более иизка, чем в случае пористых агрегатов, состоящих из меньших по размеру частиц (г). Не образующие агрегатов небольшие частицы (д) также дают более низкую вязкость, чем агрегированные частицы (г). [c.493] Можно отметить, что для достижения наиболее высокой возможной концентрации коллоидного кремнезема с целью определенного его применения необходимо понижать значение pH до 2 для исключения электрического двойного слоя, а также использовать смесь, состоящую из двух или трех разновидностей золей, в значительной степени различающихся по размерам частиц [219]. Высушенный гель, полученный в виде смеси, состоящей из 10 массовых частей частиц размером 100 нм и 6,24 массовых частей частиц размером 7 нм, имел пористость, составляющую только 20 объемн. %. [c.495] Вернуться к основной статье