Зависимость вязкости от концентрации

Вязкость коллоидных систем всегда выше вязкости чистой дисперсионной среды. Эйнштейн в 1906 г. вывел уравнение связывающее вязкость с концентрацией дисперсной фазы. h = h₀(1 = 2,5j)

h₀ - вязкость дисперсионной среды, j - объемная доля дисперсной Фазы. Уравнение пригодно только для условия, что взвешенные частицы являются твердыми шарообразными телами, концентрация дисперсной фазы сравнительно невелика и между частицами отсутствует взаимодействие. Это уравнение можно так же записать следующим образом: (h/h₀ - 1) = (h - h₀)/ h₀ = a(nv/V)

где h/h₀ - относительная вязкость, n - общее число частиц в системе, v - объем одной частицы дисперсной фазы, мл. Величину (h - h₀)/ h₀ - называют удельной вязкостью, h _уд = h_от - 1 = аj

Из этого следует, что между вязкостью систем и содержанием в ней дисперсной фазы должна существовать прямолинейная зависимость. Экспериментальную проверку уравнения Эйнштейна проводил Банселен на суспензиях гукммигута и наиболее обстоятельно Эйрих на суспензиях мельчайших стеклянных шариков, шарообразных спор грибов и др. Во всех случаях наблюдались значения j - близкие к 2,5.

При увеличении концентрации в жидкости около частиц создаются взаимо возмущающие микропотоки, затрудняющие движение системы. При малых концентрациях эти потоки около одой частицы и не мешают движению всего потока жидкости в целом. Но с увеличением концентрации это влияние растет и приводит к отклонениям от закона Эйнштейна. С другой стороны оказывает влияние процесс сольватации молекул или частиц.

Фикетчер и Марк для учета влияния сольватации предложили модифицировать уравнение Эйнштейна, введя поправку - вместо общего объема - эффективный объем, т.е. объем системы за вычетом объема частиц. Поскольку частицы находятся в системе в сольватированном состоянии и, кроме того, совершают броуновское движение, описывая некие тела вращения, то объем дисперсионной среды, энергетически и стерически связанной с частицами, так же следует причислить к объему дисперсной фазы.: h_уд = аnv’/(V - nv’)

Уравнение Фикенчера и Марка хорошо объясняет, почему в некоторых случаях вязкость возрастает с увеличением концентрации быстрее, чем это должно быть в соответствии с прямолинейной зависимостью. Действительно с увеличением концентрации увеличивается пропорционально ей n - общее число частиц в системе. Одновременно уменьшается величина V - nv’ в знаменателе, что приводит к более быстрому возрастанию вязкости.

Причина неприменимости в некоторых случаях уравнения Эйнштейна может заключаться в проявлении сил притяжения между коллоидными частицами. При этом могут образовываться рыхлые структуры, включающие значительные объемы дисперсной системы. Поэтому вязкость становится больше той, которая может вычисленна по уравнению. Вязкость зависит от скорости течения для таких систем. Могут на вязкость влиять и силы отталкивания между частицами, несущими одноименный заряд. Согласно Смолуховскому вязкость золей с заряженными частицами больше, чем с незаряженными.

Дата добавления: 2014-01-07