Молекулярно-кинетические свойства дисперсных систем: броуновское движение, диффузия, диализ, ультрафильтрация.

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 10Следующая ⇒

Гетерогенные дисперсные системы по своим молекулярно-кинетическим свойствам принципиально не отличаются от истинных растворов, только эти свойства у них выражены значительно слабее. Молекулярно-кинетические свойства гетерогенных дисперсных систем связаны с движением частиц дисперсной фазы. К этим свойствам относятся броуновское движение, диффузия, осмотическое давление, седиментация.

Броуновское движение выражается в том, что частицы дисперсной фазы коллоидно- и грубодисперсных систем под влиянием ударов молекул дисперсной среды находятся в состоянии беспорядочного, видимого (в микроскоп) движения. Интенсивность движения возрастает с уменьшением размера частиц и вязкости среды, а также с повышением температуры.

Броуновское движение является причиной диффузии частиц в дисперсных системах. Коллоидные частицы диффундируют в дисперсной среде, стремясь равномерно распределиться по всему объему системы. Скорость диффузии измеряется коэффициентом диффузии, который характеризует количество вещества, переносимого через площадь 1 см в единицу времени. Размерность его см²*с^-1 или см²*сут^-1. Коэффициент диффузии для сферических частиц, значительно больших по размеру, чем молекулы дисперсионной среды, выражается уравнением

где N_A - число Авогадро; - коэффициент вязкости дисперсионной среды; r -радиус частиц дисперсной фазы.

Чем крупнее частицы и чем соответственно меньше скорость их движения, тем меньше скорость их движения, тем меньше и скорость их диффузии. Поэтому коэффициенты диффузии в коллоидных растворах чрезвычайно малы. На основании измерений коэффициента диффузии можно определить и размер коллоидных частиц.

Диализ – освобождение коллоидных растворов от примесей, способных проникать через растительные, животные и искусственные мембраны. Приборы, применяемые для диализа, называются диализаторами. При помощи диализа постепенно происходит удаление веществ, легко проникающих через мембрану, например, электролитов и других кристаллоидов. Очистка коллоидных растворов таким образом происходит медленно.

Ультрафильтрация – один из важных методов очистки коллоидных растворов, сводится к отделению дисперсной фазы от дисперсионной среды. Протекает очень медленно, чаще проводят под давлением, для чего из расположенного под фильтром сосуда (приемника) откачивают воздух или в сосуд, расположенный над фильтром, нагнетают воздух.

7. Понятие о седиментации и ее роль в гетерогенных полидисперсных системах.

Частицы, диспергированные в жидкой или газообразной среде, испытывают воздействие двух противоположно направленных сил. Сила тяжести заставляет частицы оседать (седиментировать), а силы диффузии распределить их равномерно по всему объему системы.

В зависимости от преобладания тех или иных сил в системе наблюдается осаждение частиц дисперсной фазы или выравнивание концентрации во всем объеме. Процесс оседания частиц под действием силы тяжести называется седиментацией. Скорость седиментации описывается уравнением:

где r - радиус частиц; и плотности вещества частиц дисперсной фазы и дисперсионной среды; - вязкость среды; g -ускорение силы тяжести. Из уравнения видно, что скорость оседания особенно зависит от размера частиц.

Относительно размера частиц уравнение приобретает вид:

Если в системе силы тяжести уравновешены силами диффузии, наступает так называемое седиментационное равновесие, которое характеризуется равенством скоростей седиментации и диффузии. При этом устанавливается определенное распределение частиц по высоте и объему. Способность дисперсных систем сохранять такое состояние во времени называется седиментационной или кинетической устойчивостью. Истинные растворы обладают очень высокой кинетической устойчивостью.

Грубодисперсные системы кинетически неустойчивы, их частицы оседают под действием силы тяжести. Кинетическая устойчивость коллоидных растворов определяется размером

Седиментационное равновесие полидисперсных систем характеризуется уменьшением концентрации частиц в направлении от нижних слоев к верхним. Такое распределение частиц по высоте описывается уравнением Лапласа

где С₁ и С₂ - концентрации частиц соответственно на высоте h₁ и h₂; m- масса одной частицы; и - плотности частиц и дисперсионной среды; N_A-постоянная Авогадро; g -ускорение силы тяжести.

Определив экспериментально скорость седиментации частиц за определенные промежутки времени по первой формуле можно рассчитать усредненный радиус частиц в оседающей фракции и определить процентное содержание этой фракции в анализируемой дисперсной системе.

Такой метод дисперсионного анализа получил название седиментационного анализа

На основе результатов седиментапионного анализа вначале получают зависимость массы осевшего осадка от времени и строят график этой зависимости, называемый кривой седиментации (показан на рисунке ниже). Зная высоту столба суспензии в цилиндре (Н), общую массу дисперсной фазы, массу осевшей фракции (m) и время её осаждения, можно определить скорость её осаждения по формуле

где Q/H -масса дисперсной фазы в объеме, приходящаяся на единицу длины столба суспензии. Затем по формуле определяют средний радиус частиц каждой фракции. Полученные результаты представляют в виде кривых распределения частиц по размеру. Такая кривая для суспензии глины в воде показана на рисунке 2 ниже. На оси абсцисс откладывают значения радиусов частиц, а на оси ординат - отношение приращения массовых долей к разности радиусов частиц соседних фракций Δx/Δr_i.

Рис1. Кривая седиментации

Рис2. Кривая распределения частиц по радиусам

Кривые распределения характеризуют степень полидисперсности системы. Чем меньше r мин отличается от r макc и чем больше максимумы кривой распределения, тем ближе система к монодисперсной. Если частицы в микрогетерогенных дисперсных системах (суспензиях) очень малы и их размеры приближаются к размерам частиц золей, то седиментация только под действием сил тяжести протекает очень медленно

Для седиментационного анализа используют простые по конструкции приборы - седиментометры. С помощью седиментометров анализируют грубодисперсные системы с размером частиц от 200 до 1 мкм.

Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 410; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 234 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!