表面、膠體與界面

膠體穩定性

新鮮牛奶能保持綿滑均勻好幾天,但放得太久,或加一點檸檬汁,它就會凝結——原本順滑的液體碎成塊狀,沉澱出來。兩者的區別就在於膠體穩定性:膠體抵抗其分散顆粒結塊、脫離懸浮狀態的能力有多強。

更確切地說,膠體穩定性是膠體中分散的顆粒保持彼此分離、懸浮,而不聚集起來的傾向。若放任不管,相互碰撞的顆粒會傾向於黏在一起,長成重到無法漂浮的團塊——這個過程叫凝聚(聚沉)或絮凝。穩定性來自那些使顆粒保持分開的力:比如它們表面上相同的電荷彼此排斥,或者表面活性劑或高分子的包覆層從物理上阻止它們相互接觸。

這很重要,因為讓膠體保持穩定(油漆、牛奶、墨水、血液)或刻意將其破壞(澄清渾水、處理污水、分離奶油),是食品、醫藥和工業的核心。一個誠實的提醒是:沒有哪種膠體能永遠穩定——這是使顆粒保持分開的溫和排斥與始終存在、把它們拉到一起的吸引之間的較量,而這個平衡可以被加鹽、改變酸度、加熱,或僅僅是等待所打破。

在渾濁的河流匯入鹹海之處,河水裡微小的黏土顆粒會突然結塊沉降,堆積成三角洲。鹽的離子中和了原本使黏土顆粒保持分開的電荷,於是它們黏在一起、沉澱下來。

穩定:顆粒相互排斥、保持分開。不穩定:它們結塊、沉降。

解釋帶電膠體為何能保持穩定的經典理論叫 DLVO 理論(取自德亞金、朗道、維韋和奧弗比克四人)。它把穩定性看作同種電荷顆粒之間的靜電排斥,與把一切物質拉到一起的普遍范德華吸引之間的平衡。

又稱
胶体稳定性colloid stability