Теория коагуляции капель

Согласно теории коагуляции, созданной Дерягиным, Ландау, Фервеем, Овербеком присоединение одних дисперсных частиц к другим происходит, в основном, в результате действия двух видов сил между частицами: сил межмолекулярного притяжения Лондона и Ван-дер-Ваальса; сил электростатического отталкивания, действующих между ионами двойного электрического слоя, возникающего в результате ионизации и сорбции молекул среды вокруг частиц. Вероятность объединения, частиц и прочность сцепления существенно зависит от характера изменения этих сил в зависимости от расстояния между частицами. Как показывает теория и практика, потенциальная энергия взаимодействия дисперсных частиц в общем случае может иметь два минимума (ближний глубокий и дальний менее глубокий) с барьером между ними.

Варианты видов коагуляции определяются глубинами ям, высотой барьера и энергией частиц:

а) если энергии частицы недостаточно для преодоления барьера, а глубина дальней ямы мала, то коагуляции не будет;

б) если энергии частицы достаточно для преодоления барьера, глубина дальней ямы мала, глубина ближней ямы велика, то коагуляции произойдет обязательно (она происходит в течение нескольких секунд или минут, ее называют быстрой необратимой коагуляцией);

в) если энергии частицы недостаточно для преодоления барьера, глубина дальней ямы достаточна для удержания частицы, то произойдет коагуляции в дальней яме, но агрегаты будут неустойчивы и могут распасться (это явление иногда называют флокуляцией);

г) если энергия частицы сравнима с высотой барьера и глубинами ближней и дальней ямы, то коагуляция может происходить как в ближней, так и дальней яме (происходит в течение длительного времени от нескольких минут до суток, ее называют медленной коагуляцией).

Основы кинетики процессов коагуляции создал Смолуховский. Согласно его теории, при коагуляции необходимо различать два процесса: сближение-столкновение частиц (флокуляция) и слияние-слипание частиц в одну (коагуляция). Интенсивность флокуляции зависит от числа столкновений отдельной частицы с другими в единицу времени и определяется в общем случае тремя видами движения:

а) теплового или Броуновского движения – Броуновская флокуляция;

б) ускоренного движения частиц под действием внешних сил (например, при всплытии или осаждении) при наличии градиентов скорости – градиентная флокуляция;

в) гидродинамического движения частиц с разными скоростями (например при перемешивании среды) – гидродинамическая флокуляция.

Коагуляция частиц существенно зависит от высоты потенциального барьера и глубин потенциальных ям. Теория, определяющая уменьшение интенсивности коагуляции при увеличении высоты барьера, позволяет рассчитывать фактор замедления коагуляции W через потенциал взаимодействия двух частиц.