ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Условия соблюдения закона Стокса прн седиментации дисперсных систем из "Курс коллоидной химии" В свободнодисперсных системах частицы дисперсной фазы могут свободно перемещаться по всему объему дисперсионной среды. Это общее свойство позволяет оценивать некоторые происходящие в таких системах явления с общих позиций. В данном разделе рассматриваются в основном разбавленные системы, в которых движение частиц не осложнено их агрегацией. При этом условии для всех свободнодисперсных систем характерны общие закономерности седиментации, электрокинетических и молекулярно-кинетических свойств. Некоторые различия, не столько качественные, сколько количественные, имеют системы с жидкой и газообразной дисперсионными средами. Они в основном обусловлены меньшими вязкостью и плотностью газа по сравнению с жидкостью (для газа вязкость меньще в л 50 раз, а плотность в л 100 и более раз) и более сильным взаимодействием жидкости с дисперсной фазой (сольватация). Увеличение дисперсности и концентрации дисперсной фазы может приводить к существенным различиям в некоторых свойствах систем, что дает основание для их классификации по этим признакам. Свободнодисперсные системы делят на аэрозоли, порощки, лиозоли, суспензии, эмульсии и пены. [c.184] Порошки можно рассматривать как осажденные аэрозоли. Однако частицы в них могут быть более крупными и достигать в диаметре до 1—2 мм. В зависимости от размеров частиц для nopoiJiKOB приняты разные названия. Например, в почвоведении используют названия песок (диаметр частиц 0,2—0,002 см), пыль (20—2 мкм). Более мелкие порошки иногда называют пудрой. Размер частиц промышленных порошков определяется их целевым назначением и часто является одним из основных показателей качества продукта. Например, дисперсность и распределение частиц по размерам в цементных порошках сильно влияет на механическую прочность изделия. Качество муки повышается с увеличением тонины помола. Многие важнейшие свойства композицион ных материалов зависят от дисперсности наполнителей. [c.185] По форме частицы в порошках подразделяют на равноосные, имеющие приблизительно одинаковые размеры ио трем осям, волокнистые, длина которых значительно больше других размеров, и плоские, длина и ширина которых значительно больше толщины. [c.185] Частицы порошка всегда находятся в контакте. Хотя общая поверхность контакта частиц в порошках очень мала, эта особенность определяет важнейшие технологические характеристики порошков, например, текучесть. Текучесть определяют по скорости вытекания порошка через калиброванное отверстие диаметром 1,5—4,0 мм. Текучесть порошка зависит от плотности, размера и формы частиц, состояния их поверхности, влажности и других свойств. Повышение дисперсности приводит к уменьшению текучести вследствие роста общей поверхности контакта. Увеличение влажности также снижает текучесть порошков. [c.185] В зависимости от дисперсиости твердой фазы суспензии подразделяют на грубые (диаметр частиц более 100 мкм), тонкие (от 100 до 0,5 мкм) и мути (от 0,5 мкм до 100 нм). Иногда в эту классификацию включают золи (коллоидные растворы) с размерами частиц менее 100 нм, хотя по ряду специфических признаков они представляют качественно отличающийся вид дисперсных систем. [c.185] Лнозолн делят на дисперсионные, ассоциативные и макромоло-кулярные. Дисперсионные получают методами конденсацин (чаще) либо диспергирования, ассоциативные образуются обратимо при ассоциации молекул в растворах (обычно молекул ПАВ), макромолекулярные являются растворами высокомолекулярных веществ. Лиозоли второй и третьей группы образуются самопроизвольно, как и истинные растворы. [c.186] Эмульсии — это дисперсные системы, образованные двумя несмешивающимнся жидкостями. Их получают как конденсационными, так и днспергационнымн методами. На практике чаще используют диспергирование. Как и суспензии, эмульсин обычно подразделяют по размерам частиц и концентрациям дисперсной фазы. [c.186] Дпсперсность эмульсий может изменяться в широких пределах вплоть до истинно коллоидной (диаметр частиц менее 100 нм). Большинство эмульсий принадлежит к микрогетерогенным системам (размер частиц 100 нм), и их частицы хорошо просматриваются в обычном микроскопе. Для эмульсий характерна коалесцен-ция капель, т. е. их самопроизвольное слияние. Чтобы полу-1 чить высокодисперсные и устойчивые эмульсии, в систему добавляют стабилизаторы, называемые в данном случае эмульга- 1 торами. [c.186] Для того чтобы различать, какая из жидкостей эмульсии диспергирована, а какая является дисперсионной средой, принято полярную жидкость условно называть водой , а неполярную— маслом . В соответствии с этим эмульсин делят на два типа прямые — масло в воде (м/в) п обратные — вода в масле (в/м). Тип эмульсии определяют по свойствам диспсрсноииой среды. Например, прямые эмульсин (м/в) смешиваются с водой (с иоляриыми жидкостями), имеют большую электропроводность, плохо смачивают гидрофобную поверхность. Противоположными свойствами обладают обратные эмульсии (в/м). [c.186] Пены и газовые эмульсии — свободнодисперсные системы, со стоящие из газообразной дисперсной фазы и жидкой дисперсион ной среды. Газовые эмульсии — это разбавленные системы с малым содержанием пузырьков в жидкости. Они сравнительно бы-стро расслаиваются благодаря значительно меньщей плотностн газовых пузырьков по сравнению с жидкостью они всплывают иа поверхность, где, концентрируясь, образуют пену. [c.187] Пены — концентрированные дисперсные системы типа Г/Ж — имеют значительно большее распространение и значение, чем га- зовые эмульсии. Они могут быть получены как диспергационными, так и конденсационными методами. Пена получается при барбота-же газа в жидкость из узкого отверстия — струя газа разрывается, образуя пузырьки. Пена образуется и при механическом перемешивании газа с жидкостью. Это можно наблюдать прн флотации, стирке и других процессах. Примерами конденсационного метода являются образование пены при пользовании пенным огнетушителем, в газированных напитках, насыщенных СО2. В этих системах пузыри газов образуются в виде новой фазы в результате химической реакции или выделения растворенного газа при повы-щении температуры или уменьшении давления. Устойчивость пен, как и эмульсий, обеспечивается с помощью стабилизаторов, в ка честве которых применяются ПАБ. [c.187] В пене пузырьки газа плотно прижаты друг к другу. Их размеры могут значительно превышать размеры частиц суспензий и эмульсий. Пены характеризуются очень большой полидисперсно-стью. Пузырьки газа в пенах разделены пенными пленками, которые вначале имеют значительную толщину. Со временем жидкость под действием силы тяжести и капиллярного давления оттекает из пленок в утолщения, находящиеся в местах контакта нескольких пузырьков, и пенные пленки утончаются. Этот процесс идет быстрее в верхних пузырьках, и поэтому с них начинается разрушение пены. [c.187] Зтп силы постоянны и направлены в разные стороны. [c.188] Если р ро, то Рсел О, И происходит оседание частицы, если р ро, то / сед о, и частица всплывает, т. е. наблюдается обратная седиментация, характерная для газовых и больщинства жидкнх эмульсий. [c.188] Определив экспериментально скорость седиментации и зная величины т), р и ро, по уравнению (IV. 8) легко рассчитать радиус частицы. Из уравнений (IV. 7) и (IV. 8) следует также, что скоростью движения можно управлять, меняя плотность и вязкость среды. [c.189] Из данных табл. (IV. 1) видно, что частица размером 10 мкм оседает на 1 см в течение 28 с, а частица с радиусом 0,01 мкм это же расстояние пройдет в течение года. Осаждению таких мелких частиц мешают даже незначительные толчки, сотрясения, перепады температур, вызывающие образование конвекционных токов в системах. Кроме того, частицы золей вовлекаются в молекулярнокинетическое движение среды и при их множестве действует закон диффузии для дисперсной фазы (см. следующий раздел). Поэтому образующийся градиент концентрации при осаждении вызывает диффузию частиц золя в прогивоположиом направлении, что также тормозит (а может и остановить) осаждение дисперсной фазы. [c.190] Чтобы провести седиментацию ультрамикрогетерогенных систем, русским ученым А, В. Думанским в 1912 г. было предложено использовать центробежное поле. Это удалось осуществить шведскому ученому Сведбергу, который разработал центрифугу с частотой вращения в несколько десятков тысяч оборотов в секунду. [c.190] Из уравнения (IV. 13) следует, что х растет в зависимости от времени по экспоненте при постоянной угловой скорости ротора центрифуги (прн постоянном числе оборотов). [c.191] Вернуться к основной статье