Пептизация гидрофобных золей.

Часто продукт коагуляции гидрофобных золей — осадок, или коагель, — может быть вновь переведен во взвешенное состояние путем обработки его определенным электролитом. Так, скоагулированный золь гидроксида железа можно вновь вернуть в исходное состояние, если осадок Fe(OH)₃ обработать водным раствором хлорида железа. Процесс перехода осадка во взвешенное состояние под влиянием внешних факторов получил название пептизации. Этот процесс противоположен коагуляции, потому его называют также декоагуляцией.

Вещества, способствующие переходу коагеля в золь, называют пептизаторами. Так FeCl₃, A1C1₃, HC1 являются пептизаторами коагеля гидроксида железа. Обычно пептизаторами являются электролиты, вернее один из ионов электролита (так называемый ион-пептизатор). Однако в ряде случаев пептизирующим действием могут обладать и неэлектролиты, например растворитель.

Сам процесс пептизации в основном обусловливается адсорбционными явлениями, в результате которых происходит не только повышение дзета-потенциала дисперсных частиц, но и увеличение степени их сольватации (гидратации). Сообщение скоагулированным частицам дисперсной фазы золя заряда способствует, с одной стороны, общему разрыхлению осадка, с другой — переводу этих час­тиц во взвешенное состояние благодаря броуновскому движению. При этом происходит образование вокруг диспергируемых частиц сольватных (гидратных) оболочек, производящих свое расклинива­ющее действие.

Как и коагуляция, пептизация гидрофобных золей не затрагивает глубинных масс коллоидного ядра. Эти процессы протекают в тончайших слоях на поверхности раздела фаз, поэтому для пептизации, как, впрочем, и для коагуляции, требуются незначительные количества электролитов по сравнению с количеством осадка, переводимого в состояние золя.

Пептизация играет большую роль во многих явлениях природы и в технике. Обработка почвы раствором соли с одновалентным катионом приводит к пептизации ее коллоидной части. В этом случае имеет место не адсорбция потенциалопределяющих ионов, а обмен ионами б диффузном слое. Дело в том, что в черноземных почвах коллоидные частицы содержат в диффузном слое преимущественно ионы Са²⁺ и Mg²⁺, что обусловливает небольшую величину дзета-потенциала и слабые силы отталкивания. Почвенные коллоиды находятся в скоагулированном состоянии, поэтому они не вымываются из почвы. При обработке почвы раствором хлорида натрия ионы Са²⁺ и Mg²⁺ в диффузном слое в результате ионного обмена замещаются на ионы натрия, что приводит к пептизации почвенных коллоидов и к переходу их при достаточном увлажнении в состояние золя. Перешедшие в состояние золя коллоиды легко вымываются из верхних горизонтов почвы в нижние, в результате чего почва теряет свои ценные агрономические свойства, становится бесструктурной. Подобные процессы происходят в солонцовых почвах, содержащих значительное количество ионов натрия. Вот почему основатель учения о почвенном поглощающем комплексе К. К. Гедройц назвал кальций стражем плодородия почвы.

Если почву обрабатывать достаточно концентрированным раствором NaCl, ионы Са²⁺ в диффузном слое могут быть практически полностью замещены ионами натрия. Однако пептизации в этих условиях не будет, так как высокая концентрация электролита вызывает сжатие диффузного слоя и преобладание сил притяжения над силами отталкивания. Последующая промывка почвы водой от избытка NaCl приводит к расширению диффузного слоя и, как результат, к пептизации коллоидов. На этом принципе основан один из методов выделения почвенных коллоидов.

Хорошо известное каждому моющее действие мыла тесно связано с процессом пептизации. Коллоидный ион мыла, являясь диполем, хорошо адсорбируется частичками грязи, сообщает им заряд и способствует их пептизации. Грязь в виде золя легко удаляется с моющей поверхности.

Тиксотропия.

Если к золю гидроксида железа прибавить какой-нибудь коагулятор (NaCl) в количестве, недостаточном для полной коагуляции, вязкость золя начнет заметно увеличиваться. С течением времени золь может превратиться в сплошной студень (гель). При сильном встряхивании гель вновь приобретает прежнюю легкоподвижность, вязкость его уменьшается до первоначального исходного значения. Однако стоит золь на некоторое время оставить в покое, он вновь превращается в студень. Это явление изотермического обратимого перехода золь↔гель получило название тиксотропии (от греч. thixis — трогать и trophos —меняться).

Тиксотропия — явление довольно распространенное. Оно наблюдается в золях V₂O₅, WO₃, Fe₂O₃, в различных суспензиях бентонита, в растворах вируса табачной мозаики, миозина. Причем тиксотропные гели легче всего образуются у золей, обладающих асимметричным строением частиц (например, палочкообразной формы). Тиксотропные структуры возникают лишь при определенных кон­центрациях коллоидных частиц и электролитов. Для обратимого (тиксотропного) застудневания требуется определенное значение дзета-потенциала, лежащее выше критического. В этом случае заряд коллоидных частиц хотя и понижен, но не в такой степени, чтобы начался процесс коагуляции. В этих условиях уже становятся заметными силы взаимодействия между отдельными частицами дисперсной фазы, они образуют своеобразную сетку, каркас. При сильном встряхивании связь между частицами дисперсной фазы нарушается — тиксотропный гель переходит в золь. В состоянии покоя связи в результате соударения частиц при броуновском движении восстанавливаются, золь вновь переходит в тиксотропный гель и т.д.

Явление тиксотропии широко распространено в природе. Так, свойства некоторых грунтов размягчаться под влиянием производимого на них механического воздействия объясняются тиксотропностью. Такие грунты называются плывунами. Плывуны, разжижаясь под действием гидростатического и гидродинамического давления грунтовой воды, затрудняют различные строительные и горные работы, заполняя выработанное пространство.

Применение глинистых растворов при производстве буровых работ также основано на явлении тиксотропии. Размешивание суспензий при накачивании в сква­жины делает их текучими. Попадая на стенки скважины, суспензия затвердевает, что предупреждает осыпание стенок скважины и их обвалы. Помимо укрепления стенок скважины, глинистый раствор выполняет и другие полезные функции. В частности, при временной остановке бурения глинистый раствор удерживает во взвешенном состоянии частицы выбуренных пород, что предупреждает так называемое захватывание бура, которое наблюдалось бы при оседании частиц.

Тиксотропные свойства приписывают таким сложным физиологическим структурам, как протоплазма и мускульная ткань. Раздражая иголкой тело малых лимфоцитов, Петтерфи наблюдал быстрое разжижение их протоплазмы, которая вновь быстро уплотнялась. Аналогичное явление можно наблюдать при раздражении иголкой мелких амеб. Явлением тиксотропии легко объясняется наблюдение Кюне, который видел, как вдоль мышечного поперечнополосатого волоконца лягушки продвигалась нематода с такой же легкостью, как в обычной жидкости. Дело в том, что нематода при своем продвижении, механически воздействуя на тиксотропную субстанцию мускульного волокна, вызывала превращение его в золь, который после прохождения через него нематоды вновь обретал структуру.

Период застудневания при тиксотропии — величина постоянная для каждой данной системы и часто используется в качестве показателя ее устойчивости. Причем количественной оценкой тиксотропии может служить прочность образовавшегося геля и скорость отвердевания. Для определения скорости отвердевания различные образцы сравниваются, по Фрейндлиху, при одной и той же прочности геля. Для этой цели определяют время, необходимое для превращения в трубках стандартных размеров золя в гель такой консистенции, чтобы он не вытекал при переворачивании трубки вверх дном.

Исследования показали, что явление тиксотропии имеет место не только под влиянием механических факторов, но и при воздействиях химического и температурного порядка. Тиксотропное застудневание зависит от добавок электролитов, рН и температуры. Аналогично явлению коагуляции оно ускоряется с ростом концентрации электролита. В качестве примера можно указать на гидрозоль железа [Fe(OH)₃], время отвердевания которого увеличивается примерно в 100 раз при увеличении рН на единицу. Время застудневания уменьшается с повышением температуры. Дело в том, что при повышении температуры происходит увеличение броуновского движения частиц, которое ускоряет процесс образования структуры и сокращает время ее восстановления.