«Лиофильность и лиофобность»

(от греч. lýo — растворяю, — philéo — люблю и phóbos страх)

характеристики способности веществ или образуемых ими тел к межмолекулярному взаимодействию с жидкостями. Интенсивное взаимодействие, т. е. достаточно сильное взаимное притяжение молекул вещества (тела) и контактирующей с ним жидкости, характеризует лиофильность; слабое взаимодействие — лиофобность. В наиболее практически важном случае взаимодействия вещества с водой Л. и л. называется гидрофильностью и гидрофобностью (См. Гидрофильность и гидрофобность), а в случае масел и жиров — олеофильностью (липофильностью) и олеофобностью. Понятия «лиофильный» и «лиофобный» относят к высокомолекулярным соединениям или к поверхностям различных тел, в том числе находящихся в коллоидно-дисперсном состоянии (см. Лиофильные и лиофобные коллоиды). Эти термины используют также при описании отдельных атомных групп или участков (радикалов) одной молекулы вещества, по-разному взаимодействующих с молекулами растворителя.

Лиофильные вещества (тела) растворяются в данной жидкости, набухают в ней или хорошо смачиваются. Лиофобные вещества (тела), напротив, не растворяются и не набухают в жидкости, а также плохо смачиваются ею. Вещества или поверхности тел, проявляя лиофильность к одним жидкостям, могут быть лиофобными по отношению к другим. Так, парафин, сажа и некоторые пластмассы олеофильны, но гидрофобны.

Л. и л. определяют по количеству теплоты, выделившейся при растворении, набухании или смачивании (См. Смачивание). Распространён способ оценки Л. и л. по поведению капли жидкости, нанесённой на гладкую поверхность твёрдого тела. На лиофильной поверхности капля растекается полностью, образуя тонкий слой жидкости (жидкую плёнку), тогда как на лиофобной поверхности она не растекается, сохраняя форму линзы или сплющенного шара. Количественной мерой лиофобности может служить величина угла между поверхностями капли и смачиваемого тела, т. н. краевого угла, или угла смачивания.

Л. и л. можно направленно изменять путём химических превращений или физико-химических воздействий. Усиление взаимодействия вещества или поверхности тела с окружающей жидкостью называется лиофилизацией, ослабление — лиофобизацией. Оба эти процесса имеют важное значение в производстве строительных и конструкционных материалов, в текстильной, целлюлозно-бумажной и др. отраслях промышленности.

Лиофилизация порошков, волокнистых и пористых материалов облегчает их смачивание и пропитку водой или органическими жидкостями: растворами и расплавами полимеров, смолами, нефтепродуктами и т. д. Лиофобизация тех же материалов защищает их от нежелательного смачивания, предотвращает их слёживание; лиофобизацию тканей и гладких поверхностей используют для предохранения их от загрязнений, уменьшения адгезии (См. Адгезия) липких тел (см. Липкость). В технологической практике как лиофилизацию, так и лиофобизацию поверхностей различных тел часто осуществляют специально подобранными поверхностно-активными веществами (См. Поверхностно-активные вещества) или полимерными соединениями. См. также ст. Гидрофильность и гидрофобность.

Л. А. Шиц.

ЛИОФИЛЬНОСТЬ И ЛИОФОБНОСТЬ (от греч. lyo - растворяю - phileo - люблю и phobos - страх), понятия, качественно характеризующие взаимодействие поверхности твердого тела с жидкостью. Лиофильность (для воды - гидрофильность, для масел и жиров - олеофильность) означает хорошее (часто полное) смачивание, малое межфазное натяжение, устойчивость поверхностей к взаимному слипанию. Лиофобность (гидрофобность, олеофобность) - противоположное понятие.

(от греч. lyo -растворяю, philed - люблю и phobos - страх), характеристики межмолекулярного взаимодействия в-ва и среды (напр., воды, углеводорода), в к-рой оно находится. В случаях, когда средой служит вода, используют обычно термины "гидрофильность" и "гидрофобность" (от греч. hydor - вода), а если средой является углеводород (масло, жир) - термины "олео(или липо)фильность" и "олео(липо)фобность" (от лат. oleum и греч. lipos - масло). Если в-во и среда близки по строению молекул или молекулы в-ва сильно взаимод. со средой, напр. образуют водородные связи, то говорят о лиофильности, при слабом взаимод. в-ва и среды - о лиофобности. Мерой интенсивности межмол. взаимодействий может служить поверхностное натяжениеg пов-сти раздела в-ва со средой; степень лиофильности тем выше, чем ниже g. Количеств. критерии перехода от лиофобности к лиофильности, характеристики и эксперим. методы определения степени Л. и л. зависят от строения изучаемой системы. Можно выделить: плоские пов-сти; частицы (порошки) и пористые тела; собственно дисперсные системы, прежде всего свободнодисперсные. Понятия Л. и л. могут быть отнесены также к молекулам и их частям. Так, молекулы поверхностно-активных веществ (ПАВ) образованы гидрофильными полярными группами и олеофильными углеводородными цепями; соотношение между этими частями молекул ПАВ определяет их гидрофильно-липофильный баланс (см. также Эмульсии). Л. и л. пов-сти твердого тела количественно характеризуется краевым углом смачиванияq (в воздушной среде); этот угол измеряется внутри жидкости (см., напр., рис., а). Пов-сть лиофильна по отношению к нанесенной на нее жидкости при q < 90°. При этом поверхностное натяжение границы раздела твердого тела с жидкостью меньше, чем границы раздела твердое тело - воздух, и работы адгезии W_a и когезии W_k связаны соотношением a > W_k/2.Пов-сть тем более лиофильна, чем ниже q; на предельно лиофильных пов-стях, когда a /< W_k,> происходит растекание жидкости. При q > 90° и a < W_k/2 пов-сть лиофобна. Гидрофильными являются, напр., пов-сти оксидов металлов, силикатных и алюмосиликатных минералов, гидрофобными - пов-сти парафина, фторопластов (см. подробнее Гидрофобное взаимодействие).

Смачивание водой гидрофильной - пов-ти (а) и избирательное смачивание oлeoфильной (гидрофобной) пов-ти (б);1 - пов-сть твердого тела.

Углеводороды, имеющие низкую работу когезии, растекаются по большинству пов-стей (за исключением фторопластов), поэтому олеофобность и олеофильность м. б. охарактеризованы только по углу избирательного смачивания, к-рый измеряется при нанесении капли одной жидкости (напр., углеводорода) на пов-сть раздела твердого тела с другой жидкостью (водой; рис., б); угол q отсчитывается в более полярной жидкости (воде). Л. и л. отдельных частиц можно характеризовать их способностью удерживаться пов-стью жидкости (см. Флотация) или силами сцепления частиц при непосредств. контактировании в жидкости (см. Структурообразование в дисперсных системах), а порошка или дисперсной пористой структуры - скоростью и равновесной высотой пропитки жидкостью. При высокой уд. пов-сти порошков и пористых тел Л. и л. могут быть охарактеризованы их способностью адсорбировать пары жидкости, теплотами адсорбции и смачивания или соотношением теплот смачивания двумя жидкостями. Тепловые эффекты особенно велики для твердых тел, способных к сольватации средой и набуханию в ней; напр., для крахмала отношение теплот смачивания водой и углеводородом может достигать 20. Степень лиофильности м. б. также охарактеризована величиной "исключенного объема" жидкости (по изменению р-римости в ней разл. в-в в присут. твердых частиц), по увеличению гидродинамич. радиуса движущихся частиц; более детальные сведения о взаимод. пов-сти твердого тела со средой дают спектральные методы. Л. и л. дисперсных систем - понятия, к-рые первоначально использовались для описания обратимости коагуляции дисперсных систем и их чувствительности к действию малых добавок электролитов; лиофильными коллоидами наз. р-ры высокомол. в-в. По совр. определению, к лиофильным коллоидным системам (ЛФЛКС) относят термодинамически равновесные микрогетерог. системы, образование к-рых из макроскопич. фаз сопровождается понижением термодинамич. потенциала и может идти самопроизвольно (самопроизвольное диспергирование). Лиофобные системы термодинамически неравновесны вследствие значит. избытка энергии на пов-сти раздела дисперсная фаза - дисперсионная среда. Термодинамич. равновесность ЛФЛКС определяется компенсацией поверхностной энергии энтропийным фактором, связанным с участием частиц дисперсной фазы в тепловом (броуновском) движении. Такая компенсация осуществляется, если поверхностное натяжение межфазной пов-сти g₁₂ меньше критич. величины g _с = bkТ/d², где k - постоянная Больцмана, Т - абс. т-ра, d - размер частиц, а коэф. b, зависящий от концентрации коллоидной системы, равен 5-10; при комнатной т-ре и d ~ 10^-8 м, g _с составляет сотые доли мДж/м ². В ЛФЛКС реализуется равновесное распределение частиц по размерам. Узкое распределение частиц по размерам и высокое равновесное содержание в-ва в коллоиднодисперсном состоянии (высокая коллоидная р-римость) характерны для дисперсий мицеллoобразующих ПАВ (см. Мицеллообразование); в этих дисперсиях уменьшение размеров частиц вызывает резкий рост поверхностного натяжения. Образование равновесной коллоидной системы при высокой мол. р-римости происходит в критич. системах. Лиофобные дисперсные системы образуются в результате конденсации в-ва из гомог. фазы (напр., из пересыщенного р-ра) или при диспергировании макроскопич. фаз путем мех. измельчения либо электрораспыления, что требует значит. затрат энергии. Возможно диспергирование и без внеш. воздействия ("квазисамопроизвольное" диспергирование). Так, если поверхностная энергия границ зерен в поликристаллич. твердом теле больше или равна удвоенной энергии границы раздела твердое тело - жидкость (условие Гиббса - Смита), жидкая фаза распространяется по границам зерен с образованием дисперсной системы, в к-рой частицы разделены тонкими (10^-7-10^-8 м) жидкими прослойками. Принципиальная термодинамич. неустойчивость лиофобных систем обусловливает протекание в них процессов, ведущих к изменению их строения и разрушению: коагуляции, коалесценции (см. Эмульсии, Пены), диффузионному переносу в-ва от малых частиц к более крупным, седиментации. При высокой лиофильности частиц система м. б. термодинамически устойчивой к коагуляции; если при этом в-во дисперсной фазы нерастворимо в дисперсионной среде, св-ва дисперсии сходны со св-вами ЛФЛКС, в частности подобные "псевдолиофильные" системы могут возникать путем пептизации гелей и скоагулированных осадков, близкой по природе к самопроизвольному диспергированию. Управление Л. и л. осуществляется хим. модифицированием пов-сти, напр. "прививкой" к пов-сти твердого тела лиофильных или лиофобных функц. групп, а также введением в систему ПАВ, изменяющих характер взаимод. на межфазной пов-сти. В зависимости от природы ПАВ возможна как частичная или полная лиофилизация, так и лиофобизация. Особенно эффективная лиофилизация достигается при образовании на пов-стях частиц т. наз. структурно-мех. барьера - плотных слоев низко- или высокомол. ПАВ, к-рые имеют лиофильную наружную пов-сть и способны противостоять мех. воздействию при приближении частиц друг к другу. Регулирование Л. и л. позволяет управлять св-вами пов-стей и дисперсных систем и широко используется во мн. областях техники и технологии. Понятие о Л. и л. введено в 1909 Г. Фрёйндлихом как обобщение понятия "гидрофильность и гидрофобность", предложенного Ж. Перреном в 1905; большой вклад в развитие учения о Л. и л. внесен М. Фольмером, П. А. Ребиндером, А. В. Думанским, Ф. Д. Овчаренко, Е. Д. Щукиным, А. И. Русановым и др. Лит.: Сумм Б. Д., Горюнов Ю. В., Физико-химические основы смачивания и растекания, М., 1976; Физико-химическая механика и лиофильность дисперсных систем. Респ. межвед. сборник, К., в. 11, 1978; там же, 1981, в. 13; там же, 1985, в. 17; Щукин Е. Д., Перцов А. В., Амелина Е. А., Коллоидная химия, М., 1982. А. В. Перцов.

лиофи́льность и лиофо́бность

(от греч. lýō — растворяю, philéō — люблю и phóbos — страх), понятия, качественно характеризующие взаимодействие поверхности твердого тела с жидкостью. Лиофильность (для воды — гидрофильность, для масел и жиров — олеофильность) означает хорошее (часто полное) смачивание, малое межфазное натяжение, устойчивость поверхностей к взаимному слипанию. Лиофобность (гидрофобность, олеофобность) — противоположное понятие.

* * *

ЛИОФИ́ЛЬНОСТЬ И ЛИОФО́БНОСТЬ (от греч. lyo — растворяю, phileo — люблю и phobos — страх), понятия, качественно характеризующие взаимодействие поверхности твердого тела с жидкостью. Лиофильность (для воды — гидрофильность, для масел и жиров — олеофильность) означает хорошее (часто полное) смачивание, малое межфазное натяжение, устойчивость поверхностей к взаимному слипанию. Лиофобность (гидрофобность, олеофобность) — противоположное понятие.

(от греч. - растворяю, люблю и страх), понятия, качественно характеризующие взаимодействие поверхности тв. тела с жидкостью. Лиофильнсть (для воды - гидрофильность, для масел и жиров - олеофильность) означает хорошее (часто полное) смачивание, малое межфазнос натяжение, устойчивость поверхностей к взаимному слипанию. Лиофобность (гидрофобность, олеофобность) - противоположное понятие.