Повна версія

Головна arrow Природознавство arrow КОЛОЇДНА ХІМІЯ

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   ЗМІСТ   >>

МЕТОДИ ОДЕРЖАННЯ ДИСПЕРСНИХ СИСТЕМ

Методи одержання дисперсних систем діляться на дві принципово різняться групи: діспергаціонние і конденсаційні.

Диспергирование

Отримання дисперсних систем методом диспергування пов'язано з подрібненням і подрібненням речовин. Диспергирование може здійснюватися механічними, електричними, хімічними (пептизація) і ультразвуковими способами.

Механічне диспергування речовин постійно відбувається в природі - вивітрювання гірських порід, утворення льодовиків та інші процеси. Велике значення механічне диспергування має в промислових процесах - збагаченні руд, металургійному виробництві при утворенні шлаків, в нафтопереробці, будівництві, медицині, фармацевтиці. При цьому використовують різні типи і конструкції млинів, щоб забезпечити отримання потрібного ступеня розмелювання. Так, кульові млини забезпечують отримання частинок грубого помелу (~ 10 4 м); в колоїдних млинах виходять частинки більш тонкого помелу, наприклад, при дробленні цукру, кави, крохмалю, графіту, хімічних реактивів використовують колоїдні млини для одержання високого ступеня дисперсності речовини.

Диспергирование починається з дроблення, подрібнення речовини є наступною стадією. Робота W , що витрачається на розпорошення речовини, за рівнянням Ребиндера складається з двох складових:

де W ^ - робота, що витрачається на дроблення; - робота, що витрачається на подрібнення речовини; А К і As - зміна обсягу системи і поверхні дисперсних частинок в ній; і - коефіцієнти пропорційності.

Якщо обсяг тіла пропорційний кубу лінійного розміру, а площа - його квадрату, то рівняння Ребиндера можна переписати як співвідношення

де / Г і - коефіцієнти пропорційності.

Для першої стадії диспергування важливо перший доданок К.А *,

так як робота, що витрачається на деформацію і дроблення, пов'язана з розмірами вихідних шматків речовини (як правило, великих і з невеликою поверхнею) і їх механічну міцність. На другій стадії диспергування робота пропорційна величині утворюється поверхні. При великих розмірах частинок можна знехтувати роботою освіти поверхні і, навпаки, при малих розмірах - роботою об'ємного деформування.

Якщо в цілому коефіцієнти пропорційності К ^ і К 2 залежать

від природи речовини, середовища, методу дроблення, то в другому доданку коефіцієнт / С, приймає на себе функцію енергії освіти одиниці поверхні, тобто поверхневого натягу: до ^ = К ^ С5.

При дробленні і подрібненні руйнування тел йде але місцях міцності дефектів - мікро грещінам, які є в слабких місцях кристалічної решітки, при цьому міцність частинок зростає, що використовується для отримання більш міцних матеріалів.

Для полегшення диспергування матеріалів і зниження енерговитрат зазвичай використовують спеціальні добавки, звані Знижувач міцності. Зазвичай додавання знижувачів міцності в кількості -0,1% від маси подрібнюють речовин знижує енерговитрати на отримання дисперсних систем приблизно вдвічі. Ефект зниження міцності твердих тіл в присутності знижувачів міцності називається ефектом

Ребиндера. Він заснований на тому, що розвиток мікротріщин під дією сили йде легше при адсорбції різних речовин із середовища, тобто сама по собі середовище не руйнує поверхню тіл, а лише допомагає руйнування. Дія добавок, що представляють собою найчастіше поверхнево-активні речовини (ПАР), зводиться, перш за все, до зниження поверхневого натягу та зменшення роботи подрібнення. Крім того, добавки, змочуючи матеріал, допомагають середовищі проникнути в місця дефектів твердого тіла і за допомогою капілярних сил полегшують його руйнування. Ефект Ребіндера широко використовується в промисловості. Наприклад, подрібнення руди завжди проводять у водному середовищі в присутності ПАР; якість обробки деталей на верстатах в присутності емульсії ПАР різко підвищується, збільшується термін служби металорізального інструменту і знижуються енерговитрати на проведення процесу.

Диспергирование широко використовується при отриманні емульсій - дисперсних систем, в яких одна рідина дисперговані в іншої рідини, тобто обидві фази є рідкими (Ж / Ж). Необхідною умовою утворення емульсій є повна або часткова нерозчинність дисперсної фази в дисперсійному середовищі. Тому рідкі речовини, що утворюють емульсію, повинні відрізнятися за полярності. Зазвичай вода (полярна фаза) є складовою частиною емульсій. Друга фаза повинна бути неполярной або малорастворимой рідиною, званої незалежно від складу маслом (бензол, толуол, рослинні і мінеральні масла).

Емульсії діляться на два типи: прямими називаються емульсії М / В (дисперсна фаза - масло, дисперсійнаСереда - вода); зворотними (ін- вертного) - емульсії В / М (дисперсії води в маслі). Прикладом емульсій I типу можуть служити емульсії, що утворюються при конденсації відпрацьованої пари в двигуні, харчові емульсії (молоко, вершки); типова емульсія II типу - сира нафта, в якій міститься до 50% сольових розчинів. Сира нафта являє собою емульсію В / М, стабілізувати маслорастворімих ПАР (парафинами, асфальтенами). Як приклад харчових зворотних емульсій можна привести маргарини або вершкове масло. Тип емульсії визначається об'ємним співвідношенням фаз: дисперсною фазою є та рідина, яка знаходиться в меншій кількості. Визначити тип можна за здатністю змішуватися з полярними і неполярними розчинниками або розчиняти полярні або неполярні барвники, а також але електричної провідності (для водної дисперсійного середовища електрична провідність на кілька порядків вище, ніж для неводному).

Емульсії мають широке поширення в природі і різних технологічних процесах. Велику роль відіграють емульсії в життєдіяльності людини, наприклад, кров представляє емульсію, в якій дисперсною фазою є еритроцити.

Однотипність агрегатного стану двох суміжних фаз визначає особливості стійкості емульсій. Седиментаційна стійкість емульсій досить велика і тим більше, чим менше різниця в щільності дисперсної фази і дисперсійного середовища. На процес седиментації в емульсіях може накладатися процес флокуляції (агрегації), що приводить до укрупнення частинок і, отже, до збільшення швидкості їх осідання (або спливання).

Агрегативна стійкість емульсій, як і всіх дисперсних систем, визначається їх Ліофільні або ліофобноегью. Більшість емульсій відноситься до ліофобних систем. Вони термодинамічно нестійкі і нс можуть утворюватися спонтанно через наявність надлишку вільної енергії на міжфазної поверхні. Ця нестійкість проявляється в мимовільному злиття крапель рідини один з одним (коа- лесценціі), що може призвести до повного руйнування емульсії і поділу її на два шари. Агрегативна стійкість таких емульсій можлива лише в присутності стабілізатора, що перешкоджає злиттю часток. Стабілізатором може бути компонент системи, що знаходиться в ній в надлишку, або речовина, спеціально вводиться в систему, в цьому випадку стабілізатор називають емульгатором. Як емульгатори зазвичай використовуються поверхнево-активні або високомолекулярні речовини. Емульгатори можуть бути гідрофільними і гідрофобними. Найбільш поширеними гідрофільними емульгаторами є натрієві (калієві) солі жирних кислот, які краще розчиняються у воді, ніж у вуглеводнях. Вони здатні стабілізувати пряму емульсію типу М / В. Орієнтація адсорбційного шару ПАР відбувається відповідно до правила Ребиндера: неполярний радикал звернений до неполярной рідини, а полярна група - до полярної. У емульсіях прямого типу полярні частини емульгатора розташовуються на зовнішній стороні крапель олії і перешкоджають їхньому зближенню. Ці ж речовини в емульсіях зворотного типу адсорбуються полярними групами на внутрішній поверхні крапель води і не заважають їх злиття (рис. 1.3).

Розташування гідрофільного емульгатора в прямих (а) і зворотних ( 6 ) емульсіях

Мал. 1.3. Розташування гідрофільного емульгатора в прямих (а) і зворотних ( 6 ) емульсіях

У певних умовах можливе явище, яке називається інверсією - зверненням фаз емульсії (або просто зверненням емульсії), коли при зміні умов або введення будь-яких реагентів, емульсія даного типу перетворюється в емульсію протилежного типу.

 
<<   ЗМІСТ   >>