Седиментационная устойчивость

В предварительном рассмотрении седиментации не учитывалась диффузия частиц. Ее необходимо учитывать в том случая, когда дисперсная система представляет собой статическое множество частиц. Вероятность пребывания даже самых малых частиц под действием сил гравитации будет больше внизу сосуда, чем наверху. Концентрация частиц дисперсной фазы в верхних слоях уменьшается, а в нижних слоях увеличивается, возникает градиент концентрации .

В соответствии с первым законом Фика градиент концентрации вызывает диффузионный поток снизу вверх.

(6.44)

Для коллоидных систем - это частичная концентрация.

Если рассмотреть диффузионный поток на единицу площади и в единицу времени с учетом уравнения Эйнштейна:

, (6.45)

Седиментационный поток направлен сверху вниз:

(6.46)

Поведение дисперсной частицы определяется (из уравнений 6.45 и 6.46) размером частиц и соотношением и . Чем больше , тем больше роль седиментации по отношении к тепловому движению частиц. С ростом размера частиц растет поток седиментации (~) и снижается диффузионный поток (~).

Если - ультрамикрогетерогенные системы, то седиментацией можно пренебречь.

Если же - микрогетерогенные системы, то можно пренебречь диффузией.

В золях, через определенное время оседания частиц, может быть и наступает диффузионно-седиментационное равновесие. При этом происходит распределение дисперсной фазы по высоте.

- расстояние по высоте

, разделим переменные

Проинтегрируем в пределах от до и соответственно от до .

(6.47)

или по аналогии с идеальным газом, уравнение Лапласа.

(6.48)

- гипсометрические законы.

Этот закон экспериментально был подтвержден Перреном.

Устойчивость к осаждению дисперсных систем определяется седиментационной устойчивостью. Различают кинетическую седиментационную устойчивость (КСУ) и термодинамическую седиментационную устойчивость (ТСУ).

Мерой КСУ является величина, обратная константе седиментации

(6.49)

(; - относительная масса частицы)

Эта устойчивость обеспечивается гидродинамическими факторами: вязкостью и плотностью среды (и ), плотностью и размером частиц (и ).

ТСУ обусловлена статистическими законами диффузии и непосредственно связана с диффузионно-седиментационным равновесием. Мерой ТСУ является гипсометрическая высота.

Дата добавления: 2014-01-11