Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Математика, химия, физика arrow КОЛЛОИДНАЯ ХИМИЯ
Посмотреть оригинал

Седиметационная устойчивость дисперсных систем

Молекулярно-кинетические свойства дисперсных систем

Устойчивость дисперсных систем означает постоянство их свойств (степени дисперсности, распределения по объему частиц дисперсной фазы и других) во времени. Устойчивость по отношению к укрупнению и агрегации частиц называют агрегативной (коагуляционной); по отношению к оседанию (всплыванию) — седиментационной (кинетической). Седиментационная устойчивость суспензии выражается в способности системы сохранять неизменным во времени распределение частиц по объему системы, то есть в способности системы противостоять действию сил тяжести.

Устойчивость дисперсных систем определяют молекулярнокинетические явления — броуновское движение, диффузия и осмос.

По молекулярно-кинетическим свойствам высокодиспсрсные системы принципиально не отличаются от истинных растворов. В жидкой и газообразной среде взвешенные дисперсные частицы находятся в беспорядочном тепловом движении. Средняя кинетическая энергия Е движущейся в растворе частицы независимо от ее размеров равна

где т — масса частицы; V — скорость ее движения; кБ — константа Больцмана; Т — температура.

Но молекулы газа с размерами порядка КГ10 м имеют скорости в сотни метров за секунду, а дисперсные частицы движутся медленнее.

Диффузия как самопроизвольное выравнивание концентраций под влиянием теплового движения молекул и частиц в дисперсных системах подчиняется законам Фика.

По первому закону Фика для одномерной диффузии количество вещества dm, проходящее через сечение dS за время dr, пропорционально

градиенту концентрации по уравнению:

Коэффициент пропорциональности D называется коэффициентом диффузии, его величина по уравнению Эйнштейна зависит от температуры, свойств дисперсионной среды и от размеров диффундирующих частиц:

где В — коэффициент вязкого сопротивления (трения).

Для сферических частиц коэффициент зрения в уравнении (6.1) можно выразить через вязкость соотношением

где г — радиус частицы.

Тогда уравнение (6.1) можно записать иначе:

Явление диффузии тесно связано с тепловым (броуновским) движением коллоидных частиц. Находясь в жидкой среде, дисперсная частица испытывает удары со стороны молекул среды и совершает сложный путь, многократно меняя направление своего движения. Тепловое движение, которое не затухало ни днем, ни ночью, было обнаружено Броуном в 1828 г. при наблюдении в микроскопе за цветочной пыльцой и спорами в воде Удивительное дело, но это явление долго нс могло быть объяснено. Только в 1905—06 гг. была создана теория Эйнштейна — Смолуховского, устанавливающая связь характеристик броуновского движения с физикохимическими параметрами системы.

За характеристику броуновского движения была принята величина среднего сдвига (броуновская площадка) Ах. Эта величина является среднеквадратичной величиной из перемещений частиц (Дд^ ,Д*2, ... Д*й)

и показывает видимое перемещение дисперсной частицы в дисперсионной среде за определенное время:

Средний сдвиг рассматривается потому, что во время хаотичного, совершенно беспорядочного движения направление движения частицы может меняться до Ю20 раз за секунду.

Уравнение, связывающее средний сдвиг при броуновском движении с коэффициентом диффузии, было теоретически найдено Эйнштейном, и независимо — Смолуховским, поэтому носит имя обоих ученых:

Позднее оно было экспериментально подтверждено опытами Свед- берга. С помощью микроскопа он нашел величину броуновской площадки, а затем теоретически рассчитал ее, получив совпадение теоретических и практических данных в пределах ошибки опыта.

Пользуясь уравнением Эйнштейна — Смолуховского, по экспериментальным данным можно определять коэффициент диффузии, который для истинных растворов составляет ~ 10 5 см2/с, для дисперсных систем — ~1(Г7—КГ9 см2/с, то есть у золей коэффициент диффузии значительно меньше, чем у истинных растворов. Аэрозоли (дымы, туманы) характеризуются большими значениями коэффициентов диффузии.

С учетом вышеприведенных соотношений для коэффициента диффузии уравнение Эйнштейна — Смолуховского можно представить в нескольких вариантах:

Величина броуновской площадки прямо пропорциональна температуре и времени наблюдения, обратно пропорциональна вязкости и размеру частиц, распределенных в системе.

 
Посмотреть оригинал
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 

Популярные страницы