Влияние концентрации электролита на скорость коагуляции

Процесс коагуляции всегда совершается в измеримый отрезок времени и поэтому, естественно, был поставлен вопрос и о количественном измерении скорости коагуляции, которая зависит не только от концентрации самого золя, но и от концентрации электролита-коагулятора.

Рис. 22.2 Влияние концентрации электролита на скорость коагуляции

График, характеризующий изменение скорости коагуляции в зависимости от концентрации электролита, представлен на рис. 22.2. На кривой Оабв отрезок Оа отвечает периоду скрытой коагуляции. В точке а, которой отвечает значение критического дзета-потенциала, начинается явная коагуляция. На отрезке аб скорость коагуляции сильно зависит от концентрации электролита, причём скорость сначала быстро увеличивается, а затем (начиная с точки б) становится постоянной и, значит, независимой от концентрации электролита; в точке б значение дзета-потенциала равно нулю и отрезок бв соответствует быстрой коагуляции.

Теория быстрой коагуляции была разработана М.Смолуховским. Она основана на предположении, что в области быстрой коагуляции любое столкновение частиц приводит к их слипанию и что все мицеллы золя до коагуляции имеют одинаковый размер и сферическую форму. Число столкновений в единицу времени определяется интенсивностью броуновского движения частиц.

М.Смолуховский считал, что вокруг частицы существует силовое поле, которое действует в пределах с радиусом (R+a), где R – радиус шарообразной частицы, а – расстояние, на котором от поверхности действуют силы притяжения. По М.Смолуховскому, для коагуляции достаточно, чтобы силовые поля двух частиц перекрывались. Для количественного описания коагуляции М.Смолуховский использовал уравнение формальной химической кинетики.

Так как при любом столкновении частиц уменьшается частичная концентрация в системе, уравнение скорости этого процесса можно рассматривать как реакцию второго порядка:

(22.5)

где k – константа скорости.

М.Смолуховский установил, что на константу k влияют интенсивность броуновского движения, мерой которого служит коэффициент диффузии D, и радиус силового поля R+a. Зависимость между ними можно представить следующим образом:

(22.6)

М.Смолуховский развил теорию медленной коагуляции частиц, сохраняющих некоторую стабильность, предполагая, что не каждое столкновение частиц приводит к их слипанию. Если эффективной является лишь часть столкновений α, то константа скорости реакции уравнения (22.5) равна

. (22.7)

Дата добавления: 2014-01-07