ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Взаимодействие твердых тел со средой в процессе их механического диспергирования из "Физика измельчения" Как показано выше, диспергирование твердых материалов путем их механического разрушения может быть осуществлено различными способами. Из пих самым распространенным и наиболее эффективным, особенно для получения высокодисперсных систем, является измельчение с помощыо твердых и массивных, по сравнению с зернами материала, мелющих тел. Мелющие тела приводятся в движение относительно друг друга внешним источником энергии, а зерна материала разрушаются на их поверхности в результате удара, раздавливания или среза. На процесс такого диспергирования наиболее существенное влияние оказывают, во-первых, изменение прочности и пластичности твердых тел в результате взаимодействия их поверхностей с окружающей средой и, во-вторых, взаимодействие частиц друг с другом и влияние среды на характер их взаимодействия. По мере уменьшения размеров частиц (увеличения их удельной поверхности) влияние среды на механические характеристики, большое даже для массивных тел, увеличивается и при тонком измельчении высокодисперсных материалов становится особенно сильным. Эффект взаимодействия частиц друг с другом также возрастает с увеличением их дисперсности. [c.42] Для описания поверхностных явлений общепринят термодинамический метод. В соответствии с терминологией термодинамики поверхностные слои твердых частиц, как и жидких капель, характеризуются значениями свободной и полной энергии, химическим потенциалом и энтропией. [c.43] Экспериментальные определения свободной энергии поверхности жидкостей сравнительно просты и хорошо разработаны (23—26]. В зтом случае используется высокая подвижность их молекул, что позволяет заменить измерение энергетических величин силовыми — поверхностным натяжением. Поверхностную энергию твердых тел обычно находят из косвенных данных [26, 27], например, на основании опытов по изучению зависимости растворимости малых частиц от их размера. Прямые методы определения поверхностного натяжения основаны на измерении нри достаточно высокой температуре вязкой ползучести твердых тел. Тогда, как и для жидкостей, вместо энергетических величин измеряют усилия, удлиняющие листочки испытуемого материала. [c.44] Поверхностную энергию хрупких твердых тел можно измерить лишь в исключительных случаях (расщепление листочков слюды и трещины в стекле). В обзорной статье Бикермапа [27] было пока ано, что все известные экспериментальные способы определения поверхностной энергии твердых тел при тщательном логическом рассмотрении являются некорректными. Более того, для реальных твердых тел значение поверхностной энергии весьма неоднозначно. Ее величина зависит от геометрии и структуры поверхностного слоя конечной толщины. [c.44] Значения теоретической поверхности энергии различных твердых материалов, как и их прочности, варьируют в весьма широких пределах. Так, для алмаза о= = Н 400 эрг/см , для кварца — 980 эрг см , а для граней спайности кристаллов Na l 150 эрг1см . При принятом определении удельной свободной знергии твердого тела на границе с вакуумом ее величина не зависит от размеров частиц вплоть до размеров молекулярного порядка, для которых сделанные допущения становятся неверными. [c.45] Интегрирование уравнения Гиббса позволяет рассчитывать теплоту и максимальную работу адсорбции, характеризующие соответственно изменение полной внутренней и свободной знергии системы при адсорбции чистого компонента на инертном адсорбенте. [c.46] Уравнение Гиббса справедливо для поверхностей разрыва с любой кривизной. В случае, когда радиус кривизны поверхности соноставйм с толщиной адсорбированного слоя, необходимо учитывать различие в парциальных давлениях фаз над искривленной поверхностью. Подробное рассмотрение влияния кривизны поверхности па адсорбционные процессы проведено в работе Русанова [311. [c.46] Кроме термодинамического описания, большое значение для развития представлений об адсорбционных явлениях, особенно для понимания механизма адсорбционного понижения прочности, имеет анализ молекулярных сил в поверхностных слоях. Согласно молекулярной концепции сорбцию газов и жидкостей на поверхности твердых тел принято делить на физическую и химическую. Физическая сорбция обусловлена преимущественно ван-дер-ваальсовыми силами, возникающими при приближении посторонних атомов к поверхности твердого тела [34—39]. [c.47] Химическая связь адсорбируемой молекулы с поверхностью в общем случае описывается волновой функцией, представляющей собой сумму волновых функций для ковалентной и ионной связи. Расчет энергии химической связи наиболее корректно разработан на основе метода молекулярных орбит Миликена—Гунда. Точность расчетов химической сорбции в значительной мере зависит от возможности учета степени заполнения поверхности, геометрической структуры поверхностного слоя и их влияния на величину суммарной знергии. В тех случаях, когда химическая адсорбция сопровождается диссоциацией молекул на атомы, для ее осуществления необходима некоторая энергия активации. Энергия активации определяется не только механизмом элементарного акта, но и природой адсорбционных центров. [c.47] В расчетах энергии сорбции в больнтнстве случаев поверхность твердого тела приншталась адекватной идеальному сечению кристаллической решетки. Предполагалось, что межатомные расстояния вблизи поверхности такие же, как в объеме идеального кристалла. Однако обрыв периодичности на поверхности приводит к нарушению координационной сферы поверхностных атомов и к возрастанию их потенциальной энергии. Это вызывает уменьшение межатомных расстояний в поверхностном слое и вследствие этого изменение поверхностной знергии кристалла по сравнению с рассчитанной по данным для идеальной решетки. Нарушение идеальной периодичности имеет место до глубины в сотни межатомных расстояний. Изменение геометрии поверхностного слоя также приводит к неопределенности в вычислениях равновесного расстояния адсорбированной молекулы, определяющего положение ее потенциальной ямы. [c.48] Величина е (/) резко возрастает при уменьшении толщины щели I и равна нулю при (то есть при двойной толщине цереходпого слоя жидкости на границе с твердым телом). Избыток энергии е (I) можно представить как результат некоторого расклинивающего давления Р е 1)/(11, которое противодействует уменьшению толщины плепки. Величина 1 увеличивается с увеличением знергии смачивания, и расклинивающее давление для вполне лиофильных систем становится заметным уже при не очень узких щелях. [c.50] Вернуться к основной статье