Тиксотропия.

Если к золю гидроксида железа прибавить какой-нибудь коагулятор (NaCl) в количестве, недостаточном для полной коагуляции, вязкость золя начнет заметно увеличиваться. С течением времени золь может превратиться в сплошной студень (гель). При сильном встряхивании гель вновь приобретает прежнюю легкоподвижность, вязкость его уменьшается до первоначального исходного значения. Однако стоит золь на некоторое время оставить в покое, он вновь превращается в студень. Это явление изотермического обратимого перехода золь↔гель получило название тиксотропии (от греч. thixis — трогать и trophos —меняться).

Тиксотропия — явление довольно распространенное. Оно наблюдается в золях V₂O₅, WO₃, Fe₂O₃, в различных суспензиях бентонита, в растворах вируса табачной мозаики, миозина. Причем тиксотропные гели легче всего образуются у золей, обладающих асимметричным строением частиц (например, палочкообразной формы). Тиксотропные структуры возникают лишь при определенных кон­центрациях коллоидных частиц и электролитов. Для обратимого (тиксотропного) застудневания требуется определенное значение дзета-потенциала, лежащее выше критического. В этом случае заряд коллоидных частиц хотя и понижен, но не в такой степени, чтобы начался процесс коагуляции. В этих условиях уже становятся заметными силы взаимодействия между отдельными частицами дисперсной фазы, они образуют своеобразную сетку, каркас. При сильном встряхивании связь между частицами дисперсной фазы нарушается — тиксотропный гель переходит в золь. В состоянии покоя связи в результате соударения частиц при броуновском движении восстанавливаются, золь вновь переходит в тиксотропный гель и т.д.

Явление тиксотропии широко распространено в природе. Так, свойства некоторых грунтов размягчаться под влиянием производимого на них механического воздействия объясняются тиксотропностью. Такие грунты называются плывунами. Плывуны, разжижаясь под действием гидростатического и гидродинамического давления грунтовой воды, затрудняют различные строительные и горные работы, заполняя выработанное пространство.

Применение глинистых растворов при производстве буровых работ также основано на явлении тиксотропии. Размешивание суспензий при накачивании в сква­жины делает их текучими. Попадая на стенки скважины, суспензия затвердевает, что предупреждает осыпание стенок скважины и их обвалы. Помимо укрепления стенок скважины, глинистый раствор выполняет и другие полезные функции. В частности, при временной остановке бурения глинистый раствор удерживает во взвешенном состоянии частицы выбуренных пород, что предупреждает так называемое захватывание бура, которое наблюдалось бы при оседании частиц.

Тиксотропные свойства приписывают таким сложным физиологическим структурам, как протоплазма и мускульная ткань. Раздражая иголкой тело малых лимфоцитов, Петтерфи наблюдал быстрое разжижение их протоплазмы, которая вновь быстро уплотнялась. Аналогичное явление можно наблюдать при раздражении иголкой мелких амеб. Явлением тиксотропии легко объясняется наблюдение Кюне, который видел, как вдоль мышечного поперечнополосатого волоконца лягушки продвигалась нематода с такой же легкостью, как в обычной жидкости. Дело в том, что нематода при своем продвижении, механически воздействуя на тиксотропную субстанцию мускульного волокна, вызывала превращение его в золь, который после прохождения через него нематоды вновь обретал структуру.

Период застудневания при тиксотропии — величина постоянная для каждой данной системы и часто используется в качестве показателя ее устойчивости. Причем количественной оценкой тиксотропии может служить прочность образовавшегося геля и скорость отвердевания. Для определения скорости отвердевания различные образцы сравниваются, по Фрейндлиху, при одной и той же прочности геля. Для этой цели определяют время, необходимое для превращения в трубках стандартных размеров золя в гель такой консистенции, чтобы он не вытекал при переворачивании трубки вверх дном.

Исследования показали, что явление тиксотропии имеет место не только под влиянием механических факторов, но и при воздействиях химического и температурного порядка. Тиксотропное застудневание зависит от добавок электролитов, рН и температуры. Аналогично явлению коагуляции оно ускоряется с ростом концентрации электролита. В качестве примера можно указать на гидрозоль железа [Fe(OH)₃], время отвердевания которого увеличивается примерно в 100 раз при увеличении рН на единицу. Время застудневания уменьшается с повышением температуры. Дело в том, что при повышении температуры происходит увеличение броуновского движения частиц, которое ускоряет процесс образования структуры и сокращает время ее восстановления.