КОАГУЛЯЦИЯ • Med-of-Rita

КОАГУЛЯЦИЯ (лат. coagulatio свертывание, сгущение) — слипание частиц в жидких или газообразных дисперсных системах (коллоидных растворах, суспензиях, эмульсиях, аэрозолях) с образованием более или менее крупных агрегатов. К. представляет интерес в связи с вопросами агрегативной устойчивости многих биол, дисперсных систем, напр, крови и лимфы, суспензий вирусов, фагов, бактериальных взвесей, суспензий лекарственных веществ, а также в связи с широким применением методик, основанных на К., в мед., вет. и биол, исследованиях (см. Коагуляционные пробы, Вельтманна коагуляционная проба, Коагулограмма). К. широко применяют в разнообразных технол. процессах в пищевой промышленности, при очистке питьевой воды и воздуха с целью освобождения от взвешенных частиц и бактерий. К. играет важную роль во многих биол, явлениях (напр., денатурация нативных белков), в геол., метеорол, и почвенных процессах. К. также может привести к возникновению сплошной, хотя , и рыхлой, пространственной структуры — коагуляционной структуры геля (коагеля). От К. следует отличать коацервацию (см.) — разделение дисперсной системы с образованием новой фазы (напр., в виде капель). Слипание частиц эмульсий и пузырьков пены нередко переходит в их слияние (см. Коалесценция). К. представляет собой проявление термодинамической неустойчивости дисперсных систем.

Различают две стадии К.: 1) потерю агрегативной устойчивости и слипание частиц — скрытая К.; 2) выпадение образовавшихся агрегатов частиц в осадок (коагулят) часто в виде хлопьев — явная К. (см. Флоккуляция). О скрытой К. в системе судят по увеличению опалесценции (см.), изменению окраски, увеличению вязкости (см.) и другим признакам. Первая стадия К. необязательно переходит во вторую. К. может происходить самопроизвольно (аутокоагуляция) под влиянием хим. и физ. процессов, протекающих в системе во времени (так наз. старение), но, как правило, К. вызывается внешними воздействиями: добавлением к дисперсной системе различных веществ — коагулянтов (электролитов или неэлектролитов), длительным диализом (см.), изменением температуры, действием света и других высокочастотных электромагнитных колебаний, а также действием ультразвука, встряхиванием и перемешиванием.

Гидрозоли могут коагулировать при взбалтывании с неполярными жидкостями, частицы при этом собираются на границе раздела жидкостей. В аэрозолях (дымах и туманах) частицы несут на своей поверхности очень малые электрические заряды или вовсе не заряжены, из-за чего в аэрозолях почти всегда идет самопроизвольная К. В промышленных условиях К. аэрозолей производят путем фильтрации их через пористые материалы или с помощью электрических полей с высоким градиентом потенциала.

К. препятствуют электрический заряд частиц и сольватация их поверхности, а иногда адсорбция крупных молекул поверхностно-активных веществ, напр, белков (см. Коллоидная защита). Снижение величины электрического заряда или электрокинетического потенциала коллоидных частиц (см. Электрокинетические явления) и их сольватация (см.), которые обычно происходят одновременно, вызывают К.

Скорость К. измеряется числом частиц, слипающихся за единицу времени в единице объема. Она зависит от температуры и от природы дисперсной системы. Величина, обратная скорости К., служит мерой устойчивости дисперсной системы. Скорость К. определяют, считая частицы под ультрамикроскопом, измеряя светорассеяние, а также другими методами. Скорость К. регламентируется соотношением сил притяжения и отталкивания, действующих между частицами на близких расстояниях. Сопротивление утоньшению и деформации диффузного слоя сольватной оболочки объясняют возникновением так наз. расклинивающего давления, к-рое вызывает отталкивание сближающихся частиц. В полидисперсных системах К. происходит быстрее, чем в монодисперсных. Форма частиц также влияет на скорость К.

Наиболее изучена К., вызываемая электролитами. Коагулирующее действие электролитов связано со сжатием диффузной части двойного электрического слоя на поверхности частиц (т. е. с уменьшением электрокинетического потенциала) и одновременным снижением лиофильности их, поверхности (поверхностноактивные неэлектролиты иногда способствуют К., снимая лиофильность частиц). Наименьшая концентрация электролита, вызывающая К. ,за определенный (обычно короткий) промежуток времени, называется порогом коагуляции (у). Для различных электролитов величина у может сильно варьировать, даже если она найдена для одной и той же коагулируемой системы. Теоретическими расчетами Б. В. Дерягина и JI, Д. Ландау было показано, что отношения у одно-, двух- и трехзарядных ионов при прочих равных условиях обратно пропорциональны шестой степени величины заряда. Эта закономерность, установленная ранее Шультце (E. Schultze) и Харди (L. Ph. A. Hardy), соблюдается, однако, не всегда, т. к. для ионов одинаковой валентности величина у определяется их положением в лиотропном ряду (см.). При К. смесью электролитов их влияние может складываться (аддитивность), ослабляться (антагонизм) или усиливаться (синергизм). Трех- и четырехвалентные коагулирующие ионы способны изменять знак заряда ядра коллоидных частиц, в связи с чем при изменении концентрации этих ионов в коллоидном р-ре наблюдаются две или более зоны коагуляции и соответственно два или более порога К. (чередование зон К.). Определение величины у осложняется явлением привыкания, к-рое состоит в том, что при добавлении электролита небольшими порциями порог К. выше, чем при внесении всего электролита сразу. Наблюдается и обратное явление, когда порог К. при постепенном введении электролита ниже, чем при быстром его добавлении (отрицательное привыкание).

К., вызываемая диализом или электродиализом, связана с удалением ионов, придававших стабильность коллоидным частицам. При смешении коллоидных р-ров (особенно, если они содержат противоположно заряженные частицы) часто наблюдается снижение их устойчивости (астабилизация), приводящее к их взаимной К.

Золи гидроксидов металлов легко коагулируют при повышенной температуре. Течение золей, а также их перемешивание могут иногда ускорить К., но, с другой стороны, слишком энергичное механическое воздействие на систему может привести к распаду агрегатов. Радиоактивные излучения вызывают К. золей гидроксидов железа, алюминия и др., содержащих положительно заряженные коллоидные частицы. Действие гамма-излучения, рентгеновских лучей и видимого света на К. связано с хим. реакциями, которые могут под их влиянием происходить в золях, в частности с реакциями окисления — восстановления. Ультразвук может вызвать К. или, наоборот, диспергировать капельки в эмульсиях.

В ряде случаев между агрегированными частицами в коагуляте остаются тончайшие прослойки дисперсионной среды. Это определяет малую прочность коагуляционного сцепления и возможность разделения агрегатов (свежих осадков, в которых еще не произошла перекристаллизация) на первичные частицы, т. е. обратного перехода коагулята в состояние золя (см. Пептизация) под влиянием механического воздействия (напр., перемешивания) или в результате образования адсорбционных слоев. При долгом хранении коагулятов вследствие старения уменьшается их способность переходить обратно в состояние золя. Если частицы в коагуляте находятся в тесном контакте друг с другом, то со временем они срастаются и К. необратима. Чистый коагулят получается при длительном диализе или электродиализе. При необратимой К. ионы коагулирующего электролита вытесняют ионы из наружной (диффузной) части двойного электрического слоя коллоидных частиц и поглощаются коагулятом. См. также Агрегация.

Библиография: Воюцкий С. С. Курс коллоидной химии, М., 1975; Зонтаг Г. и Штренге К. Коагуляция и устойчивость дисперсных систем, пер. с нем., Л., 1973, библиогр.

И. Н. Путилова