C03 Het gedrag van colloïdale oplossingen - thixotropie

Wanneer de deeltjes in een colloïdaal systeem elkaar naderen en botsen, bepaalt de balans van aantrekkings- en afstotingskrachten de stabiliteit van het systeem. In geval de Van der Waals - aantrekkingskrachten groter zijn dan de Coulombafstotingskrachten en/of de sterische repulsie, zullen de deeltjes van het colloïdaal systeem “samenbinden” of “aggregeren”.

In geval de deeltjes vaste stof zijn in een vloeibare continue fase (suspensie), zal dit “samenbinden” aanleiding geven tot de vorming van “vlokken”.

Dit zijn driedimensionele structuren van aggregerende deeltjes. Indien het soortelijk gewicht van deze deeltjes groter is dan dat van de continue fase, zullen de vlokken uitzakken of sedimenteren.

Het sediment dat wordt gevormd, is weinig compact en kan gemakkelijk opnieuw worden opgeroerd, zonder dat echter de situatie van de stabiele dispersie ooit terug wordt bereikt.

In geval de deeltjes vloeistof zijn in een vloeibare continue fase (emulsie) , zal dit “samenbinden” aanleiding geven tot een vervloeien van de grensvlakken tussen beide fasen en ontstaat een macroscopisch twee-fasen-systeem (coalescentie).
Indien het soortelijk gewicht van de disperse fase kleiner is dan dat van de continue fase, zullen de coalescerende druppels opstijgen of “opromen”.

Een “designer” van colloïdaal stabiele systemen zal er dus meestal voor zorgen dat deeltjes bij botsing niet “samenbinden” tot de fasescheiding erop volgt. Dit doet hij door ionen of moleculen toe te voegen die de elektrostatische of sterische repulsie versterken ten opzichte van de aanwezige aantrekkingskrachten.

In vele gevallen echter zoekt de chemicus naar stabiele emulsies of suspensies door het vormen van driedimensionale netwerken van vlokkende deeltjes. Zo wordt de viscositeit van de continue fase dermate verhoogd dat het sedimenteren of opromen immens wordt vertraagd.

Een voorbeeld :

Melk is een emulsie van vetdruppeltjes in water.
Door het toevoegen van zuur verandert men de lading die deze vetdruppeltjes op hun oppervlak dragen. Het mechanisme van ladingsstabilisatie gaat door de knieën en er treedt uitvlokking op van deze vetdruppeltjes. Wie thee drinkt met melk én citroen kan dit tot zijn eigen ongemak vaststellen.

Onze voorouders bereidden boter door de melk te “stampen” in een botervat : wanneer de toegevoegde mechanische energie die leidt tot een hogere frequentie van botsingen tussen de vetdruppeltjes, groter is dan de stabilisatie door de Coulomb-afstotingskrachten en de sterische repulsie tussen de druppeltjes, treedt coalescentie op en kitten de vetdruppels aaneen tot boter.