Повна версія

Головна arrow Природознавство arrow КОЛОЇДНА ХІМІЯ

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   ЗМІСТ   >>

СЕДИМЕТАЦІЙНА СТІЙКІСТЬ ДИСПЕРСНИХ СИСТЕМ

Молекулярно-кінетичні властивості дисперсних систем

Стійкість дисперсних систем означає сталість їх властивостей (ступеня дисперсності, розподілу за обсягом частинок дисперсної фази та інших) в часі. Стійкість по відношенню до укрупнення та агрегації частинок називають агрегативной (коагуляционной); по відношенню до осідання (спливання) - седиментаційною (кінетичної). Седиментаційна стійкість суспензії виражається в здатності системи зберігати незмінним в часі розподіл частинок за об'ємом системи, тобто в здатності системи протистояти дії сил тяжкості.

Стійкість дисперсних систем визначають молекулярнокінетіческіе явища - броунівський рух, дифузія і осмос.

За молекулярно-кінетичними властивостями високодіспсрсние системи принципово не відрізняються від справжніх розчинів. У рідкої і газоподібної середовищі зважені дисперсні частинки знаходяться в безладному тепловому русі. Середня кінетична енергія Е рухається в розчині частинки незалежно від її розмірів дорівнює

де т - маса частинки; V - швидкість її руху; до Б - константа Больцмана; Т - температура.

Але молекули газу з розмірами порядку КГ 10 м мають швидкості в сотні метрів за секунду, а дисперсні частинки рухаються повільніше.

Дифузія як мимовільне вирівнювання концентрацій під впливом теплового руху молекул і частинок в дисперсних системах підпорядковується законам Фіка.

За першим законом Фіка для одновимірної дифузії кількість речовини dm , що проходить через перетин dS за час dr , пропорційно

градієнту концентрації за рівнянням:

Коефіцієнт пропорційності D називається коефіцієнтом дифузії, його величина за рівнянням Ейнштейна залежить від температури, властивостей дисперсійного середовища і від розмірів диффундирующих частинок:

де В - коефіцієнт в'язкого опору (тертя).

Сферичний коефіцієнт зору в рівнянні (6.1) можна виразити через в'язкість співвідношенням

де г - радіус частинки.

Тоді рівняння (6.1) можна записати інакше:

Явище дифузії тісно пов'язане з тепловим (броунівським) рухом колоїдних частинок. Перебуваючи в рідкому середовищі, дисперсна частинка відчуває удари з боку молекул середовища і робить складний шлях, багато разів змінюючи напрямок свого руху. Тепловий рух, яка не згасала ні вдень, ні вночі, було виявлено Броуном в 1828 р при спостереженні в мікроскопі за квітковим пилком і спорами в воді Дивна річ, але це явище довго нс могло бути пояснено. Тільки в 1905-06 рр. була створена теорія Ейнштейна - Смолуховського, що встановлює зв'язок характеристик броунівського руху з физикохимическими параметрами системи.

За характеристику броунівського руху була прийнята величина середнього зсуву (броунівський майданчик) Ах . Ця величина є середньоквадратичної величиною з переміщень частинок (ДД ^, Д * 2 , ... Д * ї )

і показує видиме переміщення дисперсної частинки в дисперсійному середовищі за певний час:

Середній зрушення розглядається тому, що під час хаотичного, абсолютно безладного руху напрямок руху частинки може змінюватися до Ю 20 разів за секунду.

Рівняння, що зв'язує середній зсув при броунівському русі з коефіцієнтом дифузії, було теоретично знайдено Ейнштейном, і незалежно - Смолуховським, тому носить ім'я обох учених:

Пізніше воно було експериментально підтверджено дослідами Свед- берга. За допомогою мікроскопа він знайшов величину броунівський майданчики, а потім теоретично розрахував її, отримавши збіг теоретичних і практичних даних в межах помилки досвіду.

Користуючись рівнянням Ейнштейна - Смолуховського, за експериментальними даними можна визначати коефіцієнт дифузії, який для істинних розчинів становить ~ 10 5 см 2 / с, для дисперсних систем - ~ 1 (Г 7 -КГ 9 см 2 / с, тобто у золів коефіцієнт дифузії значно менше, ніж у справжніх розчинів. Аерозолі (дими, тумани) характеризуються великими значеннями коефіцієнтів дифузії.

З урахуванням вищенаведених співвідношень для коефіцієнта дифузії рівняння Ейнштейна - Смолуховського можна уявити в декількох варіантах:

Величина броунівський майданчика прямо пропорційна температурі і часу спостереження, обернено пропорційна в'язкості і розміром частинок, розподілених в системі.

 
<<   ЗМІСТ   >>