Кинетические свойства дисперсных систем

Свойства и методы исследования дисперсных систем

ЛЕКЦИЯ 8

Характерными свойствами грубодисперсных систем (суспензий, эмульсий и др.) является склонность к оседанию или всплыванию частиц дисперсной фазы. Оседание частиц называется седиментацией, а всплывание – обратной седиментацией.

Рассмотрим процесс оседания частиц твердой фазы в сплошной среде под действием сил земного тяготения.

Сила тяжести –

Сила Архимеда –

Равнодействующая сила – сила седиментации будет равна:

Если , происходит оседание (седиментация) частиц, если имеет место всплывание (обратная седиментация) частиц.

При движении на частицу со стороны среды действует сила трения, пропорционально U: . При равномерном движении или .

Для сферических частиц

, , тогда .

– Уравнение Н. Стокса.

Скоростью оседания можно управлять меняя вязкость и плотность среды.

Формулу стокса следует использовать при соблюдении ряда условий:

1. Скорость оседания должна быть постоянной, т.е. размеры частиц лежат в приделах 0,1 ÷ 100 мкм.

2. Форма частиц должна быть сферическая.

3. Частицы должны быть твердые и хорошо смачиваться.

4. При выводе использован принцип независимости движения, отсюда следует, что суспензия должна быть разбавленной: ν = 0,5-1%.

Закон Стокса лежит в основе одного из методов дисперсионного анализа названного седиментационным. Метод позволяет определить распределение частиц по размерам. В основу анализа полидисперсных систем положено представление о том, что система состоит из ряда фракций, которые можно рассматривать как отдельные монодисперсные системы.

На основе экспериментальных данных строят кривую седиментации, т.е. изменение привеса осадка в суспензии на чешке весов во времени.

Кривая седиментации

По данным кривой седиментации строят дифференциальную кривую распределения частиц по фракциям. Площадь под кривой равна количеству частиц с размерами в интервале данной фракции.

Дифференциальная кривая распределения

Для более грубодисперсных систем (размеры частиц свыше 50 мкм) используют ситовый анализ дисперсности.

Седиментация SiO₂ в воде.

, мкм			0,1	0,01	0,001
, на 1 см пути	28 с	46,5 мин	77,5 ч	323 дня	89 лет

Оседанию частиц с и менее мешают незначительные сотрясения, перепады температур и т.д. Частицы золей вовлекаются в молекулярно-кинетическое движение среды.

Частицы малых размеров в гравитационном поле оседают медленно, так как все лимитируется постоянной величиной g = 9,81 м/с².

Для дисперсионного анализа ультрамикрогетерогенных систем Сведбергом было предложено g на центробежное ускорение, для чего им была создана центрифуга в десятки тысяч оборотов в секунду.

Если закон стокса выполняется, то в центробежном поле:

, где угловая скорость рад/с, – частота (число оборотов в секунду) вращения.

При определении молекулярных масс полимеров:

.

Дата добавления: 2014-12-16