Седиментационная устойчивость дисперсных систем

ЛЕКЦИЯ 10

Под устойчивостью дисперсных систем понимают постоянство их свойств во времени (дисперсность, распределение частиц по объему дисперсионной среды, межчастичные взаимодействие и др.).

Под седиментационной устойчивостью понимают устойчивость дисперсных систем к оседанию или всплыванию их частиц, т.е. к разделению фаз системы.

Частицы коллоидной системы находятся под воздействием седиментационного потока i_сед, направленного сверху вниз:

.

С другой стороны, появляющийся градиент концентрации – вовлекает частицы в диффузный поток, направленный снизу вверх:

.

Характер поведения частиц определяется их размерами и соотношением плотностей ρ и ρ₀: .

При наличии статистического множества частиц их оседание ведет к уменьшению частичной концентрации в верхних слоях и увеличению ее в нижних, т.е. к возникновению градиента ν по высоте h.

Равновесие наступает при определенном градиенте, при этом устанавливается и соответствующее распределение частиц дисперсной фазы по высоте: – диффузионно-седиментационное равновесие.

; ; ;

; ;

; .

Если вместо ν подставить p (давление газа), то получится известная в молекулярно-кинетической теории газов барометрическая формула Лапласа: давление с высотой убывает.

Различают кинетическую и термодинамическую седиментационную устойчивость. Мерой КСУ является соотношение:

КСУ это величина, обратная скорости седиментации, она обеспечивается гидродинамическими факторами: .

КСУ тем больше, чем больше и чем меньше и размер частиц, а также чем ниже Т.

Мерой ТСУ является гипсометрическая высота , на которой ν изменяется в «e» раз. тем больше, чем больше T и чем меньше и размер частиц. ТСУ обусловлена законами диффузии.

Агрегативная устойчивость дисперсных систем.

Под агрегативной устойчивостью дисперсных систем понимают устойчивость по отношению к укрупнению (агрегации) их частиц.

Проблема устойчивости дисперсных систем является центральной в коллоидной химии. Очистка природных и сточных вод, создание прочных эмульсий и пен, а также методы их разрушения и т.д.

Укрупнение частиц дисперсной фазы может идти двумя путями: путем изотермической перегонки (эффект Кельвина) или путем коагуляции (свертывания), т.е. слияния (коалесценции капель и пузырьков) или слипания частиц.

Различают термодинамически агрегативно устойчивые системы и системы термодинамически устойчивые к коагуляции. К первым относят лиофильные системы. Они образуются самопроизвольно и для них процесс коагуляции вообще не характерен. Ко вторым относят лиофобные стабилизированные системы. Они могут быть выведены из устойчивого состояния при разрушении стабилизатора.

Различают термодинамические и кинетические факторы агрегативной устойчивости дисперсных систем. Основными факторами, обеспечивающими устойчивость дисперсных систем, являются те, которые снижают межфазное натяжение σ. Они уменьшают вероятность эффективных соударений между частицами, создают потенциальные барьеры, исключающие коагуляцию. Чем меньше σ, тем ближе система к термодинамически устойчивому состоянию.

Кинетические факторы связаны в основном с гидродинамическими свойствами среды.

Дата добавления: 2014-12-16