Теория ДЛФО — теория устойчивости и коагуляции

Разработана учёными Б. В. Дерягин и Л. Д. Ландау в 1937;1941 гг. и позже независимо от них голландскими учёнными Фервеем и Овербеком.

Теория удовлетворительно описывает закономерности поведения типично лиофобных дисперсных систем, для которых можно пренебречь адсорбционно-сольватным фактором устойчивости.

В соответствии теорией ДЛФО все частицы взаимодействую друг с другом, следующим образом:

1. Между частицами существуют силы отталкивания, имеющие электростатическую природу. Эти силы не проявляются на значительном расстоянии друг от друга. Когда диффузные слои перекрываются, возникает электростатической взаимодействие между противоионами и происходит перераспределение. Природа сил отталкивания при сближении мицелл сложнее, чем просто кулоновское взаимодействие.

Дерягин показал, что здесь проявляются силы особого рода, называемые расклинивающим давлением (силы отталкивания) — возникает при сильном уменьшении толщины слоя в результате перекрывания поверхностных слоёв.

Дерягин вычислил зависимость энергии отталкивания от расстояния между частицами, взяв за основу систему расчетов для двух пластин:

.

где l — расстояние между частицами; С — концентрация электролита; д — толщина диффузного слоя; R — универсальная газовая постоянная; г — параметр, зависящий от потенциала частиц, рассчитывается по формуле:

Энергия электростатического отталкивания может быть также рассчитана по следующей формуле:

.

где ч — обратная величина толщины диффузного ДЭС; h — расстояние между частицами, h=2l;

• 2. Силы притяжения между частицами (Ван-дер-Ваальсовы силы). Возникновение таких сил обусловлено:
  • а) взаимодействием диполей — эффект Кеезома — если молекулы полярны, их дипольный момент описывается по формуле

м=ql,.

где q — величина эффективного заряда, l — расстояние между центрами тяжести положительного и отрицательного заряда в молекуле, то энергия взаимодействия между диполями — энергия ориентационного взаимодействия — описывается формулой:

.

где х — расстояние между диполями.

б) поляризацией одной молекулы другой — эффект Дебая — наблюдается при взаимодействии между диполем и индуцированным диполем — возникает под действием стабильного диполя, называется энергией индукционного взаимодействия:

.

где х — расстояние между диполями; б — поляризуемость частицы.

в) взаимодействием мгновенных и индуцированных моментов — эффект Лондона — обусловлено электронными переходами, называется энергией дисперсионного взаимодействия:

.

где h — постоянная Планка; н — волновое число; х — расстояние между диполями; б — поляризуемость частицы.

В общем случае электрическое межмолекулярное взаимодействие определяется:

Поскольку коллоидная частица имеет определённый размер, то ДЭС можно представить как плоский, тогда.

.

где, А — Ван-дер-Ваальсовская постоянная — константа Гамакера, учитывает природу взаимодействующих частиц, выражается в единицах энергии и имеет значение порядка 10^-19 Дж.

При сближении частиц ионно-стабилизированных золей баланс возникающих сил отталкивания и Ван-дер-ваальсовых (межмолекулярных) сил притяжения определяет суммарную потенциальную энергию взаимодействия частиц.

Уравнение справедливо для случая, когда толщина ДЭС меньше радиуса частиц, т. е. поверхность может рассматриваться как плоская.

При сближении частиц энергия притяжения резко возрастает, а суммарная потенциальная энергия на некотором расстоянии между частицами проходит через max. U_max — потенциальный барьер отталкивания, который характеризует агрегативную устойчивость золя.

При увеличении концентрации электролита силы электростатического отталкивания уменьшается вследствие сжатия диффузных ДЭС частиц и потенциальный барьер отталкивания U_max снижается.

Вначале с увеличением концентрации скорость коагуляции растёт — медленная коагуляция, затем скорость перестаёт зависеть от концентрации электролита — быстрая коагуляция. С_к — концентрация электролита, при которой происходит переход от медленной к быстрой коагуляции, называется ПБК — порогом быстрой коагуляции.