КОАГУЛЯ́ЦИЯ

КОАГУЛЯ́ЦИЯ (от лат. coagulatio – сгу­ще­ние, свёр­ты­ва­ние), сли­па­ние час­тиц дис­перс­ной фа­зы с об­ра­зо­ва­ни­ем бо­лее круп­ных аг­ре­га­тов, в ре­зуль­та­те ко­то­ро­го дис­перс­ная сис­те­ма са­мо­про­из­воль­но пе­ре­хо­дит в со­стоя­ние с бо­лее низ­кой сво­бод­ной энер­ги­ей. Сли­па­ние час­тиц про­ис­хо­дит под дей­ст­ви­ем сил мо­ле­ку­ляр­но­го при­тя­же­ния при их со­уда­ре­нии в про­цес­се бро­унов­ско­го дви­же­ния или при на­прав­лен­ном пе­ре­ме­ще­нии в си­ло­вом по­ле. Взаи­мо­дей­ст­вие ме­ж­ду пер­вич­ны­ми час­ти­ца­ми в коа­гу­ля­те мо­жет осу­ще­ст­в­лять­ся не­по­сред­ст­вен­но или че­рез тон­кую про­слой­ку дис­пер­си­он­ной сре­ды. В за­ви­си­мо­сти от со­от­но­ше­ния плот­но­стей дис­перс­ной фа­зы и дис­пер­си­он­ной сре­ды К. мо­жет при­вес­ти к се­ди­мен­та­ции и вы­па­де­нию осад­ка или к всплы­ва­нию круп­ных аг­ре­га­тов – об­ра­зо­ва­нию хлопь­ев, сли­вок на по­верх­но­сти раз­де­ла дис­пер­си­он­ная сре­да – воз­дух. Вид К., при ко­то­рой час­ти­цы дис­перс­ной фа­зы об­ра­зуют рых­лые хлопь­е­вид­ные аг­ре­га­ты – фло­ку­лы, на­зы­ва­ют фло­ку­ля­ци­ей (от лат. flocculi – хло­пья). В ря­де слу­ча­ев в ре­зуль­та­те К. мо­жет воз­ник­нуть про­стран­ст­вен­ная струк­ту­ра во всём объ­ё­ме дис­пер­си­он­ной сре­ды без рас­слое­ния сис­те­мы (см. в ст. Струк­ту­ро­об­ра­зо­ва­ние). При ма­лой проч­но­сти коа­гу­ля­тов воз­можен их рас­пад до пер­вич­ных час­тиц, на­зы­вае­мый пеп­ти­за­ци­ей.

К. мо­жет быть вы­зва­на из­ме­не­ни­ем со­ста­ва дис­пер­си­он­ной сре­ды, темп-ры, дей­ст­ви­ем све­та, ульт­ра­зву­ка, пе­ре­ме­ши­ва­ни­ем и др. внеш­ни­ми воз­дей­ст­вия­ми. Наи­бо­лее силь­ное влия­ние на про­цесс К. ока­зы­ва­ет вве­де­ние в сис­те­му элек­тро­ли­тов. Коа­гу­ли­рую­щим дей­ст­ви­ем об­ла­да­ет ион, знак за­ря­да ко­то­ро­го про­ти­во­по­ло­жен зна­ку за­ря­да час­ти­цы дис­перс­ной фа­зы. Коа­гу­ли­рую­щее дей­ст­вие элек­тро­ли­тов обу­слов­ле­но сжа­ти­ем на­руж­ной (диф­фуз­ной) час­ти двой­но­го элек­трич. слоя дис­перс­ных час­тиц. Кон­цен­тра­ция элек­тро­ли­та, при ко­то­рой на­чи­на­ет­ся К., на­зы­ва­ет­ся по­ро­гом К. В со­от­вет­ст­вии с тео­ри­ей Де­ря­ги­на – Лан­дау – Фер­вея – Овер­бе­ка (тео­ри­ей ДЛФО), для час­тиц, имею­щих вы­со­кий за­ряд, кон­цен­тра­ция элек­тро­ли­та, вы­зы­ваю­щая К., об­рат­но про­пор­цио­наль­на за­ря­ду коа­гу­ли­рую­ще­го ио­на в шес­той сте­пе­ни; это хо­ро­шо со­гла­су­ет­ся с эм­пи­рич. со­от­но­ше­ни­ем Шуль­це – Гар­ди. При­бли­жён­ное от­но­ше­ние со­от­вет­ст­вую­щих по­ро­гу К. кон­цен­тра­ций элек­тро­ли­тов с од­но-, двух- и трёх­за­ряд­ны­ми ио­на­ми со­став­ля­ет 1:0,016:0,0015. Ве­ли­чи­на, об­рат­ная по­ро­гу К., на­зы­ва­ет­ся коа­гу­ли­рую­щей спо­соб­но­стью. Для сла­бо за­ря­жен­ных дис­перс­ных час­тиц за­ви­си­мость от за­ря­да ме­нее вы­ра­же­на – об­рат­но про­пор­цио­наль­на за­ря­ду коа­гу­ли­рую­ще­го ио­на во вто­рой сте­пе­ни. Ес­ли до­бав­ляе­мый элек­тро­лит вы­зы­ва­ет из­ме­не­ние зна­ка за­ря­да дис­перс­ной час­ти­цы, то воз­мож­но по­яв­ле­ние зон К.: че­ре­до­ва­ние об­лас­тей ус­той­чи­во­сти и К., обу­слов­лен­ное из­ме­не­ни­ем кон­цен­тра­ции элек­тро­ли­та.

Ко­ли­че­ст­вен­ной ха­рак­те­ри­сти­кой К. яв­ля­ет­ся ско­рость К. – из­ме­не­ние чис­ла пер­вич­ных час­тиц дис­перс­ной сис­те­мы в еди­ни­цу вре­ме­ни. В за­ви­си­мо­сти от кон­цен­тра­ции элек­тро­ли­та раз­ли­ча­ют мед­лен­ную и бы­ст­рую К. При ма­лых кон­цен­тра­ци­ях элек­тро­ли­та (мед­лен­ная К.) со­хра­ня­ет­ся энер­ге­тич. барь­ер, пре­пят­ст­вую­щий К., и ве­ро­ят­ность об­ра­зо­ва­ния аг­ре­га­та при столк­но­ве­нии час­тиц мень­ше еди­ни­цы. На ста­дии бы­ст­рой К. энер­ге­тич. барь­ер сни­жа­ет­ся прак­ти­че­ски до ну­ля и ка­ж­дое столк­но­ве­ние пер­вич­ных час­тиц при­во­дит к об­ра­зо­ва­нию аг­ре­га­та. В со­от­вет­ст­вии с тео­ри­ей бы­ст­рой коа­гу­ля­ции Смо­лу­хов­ско­го, вре­мя t, за ко­то­рое ко­ли­че­ст­во пер­вич­ных час­тиц умень­ша­ет­ся вдвое, оп­ре­де­ля­ет­ся урав­не­ни­ем: $t=\frac{3\eta}{4kTn_0}$, где η – вяз­кость дис­пер­си­он­ной сре­ды, k – по­сто­ян­ная Больц­ма­на, Т – аб­со­лют­ная темп-ра, n₀ – чис­ло пер­вич­ных час­тиц.

К. иг­ра­ет важ­ную роль в разл. при­род­ных (гео­ло­ги­че­ских, поч­вен­ных) и тех­но­ло­гич. (очи­ст­ка сточ­ных вод) про­цес­сах.