Коллоидная химия
жүктеу/скачать 1,83 Mb.
|
Лекция коллоид рус
- Бұл бет үшін навигация:
- Ньютоновские Неньютоновские: стационарные
- Вязкость агрегативно устойчивых дисперсных систем
Лекция 9..4.3. Реологические свойства реальных тел Классификация тел по их реологическим свойствам Все реальные тела по течению делят на: Жидкообразные (Рт = 0) и Твердообразные (Рт > 0) В свою очередь жидкообразные тела можно разделить на:
Экспериментальные исследования показали, что можно течение жидкообразных систем представить в виде общей зависимости. Это уравнение известно, как математическая модель Оствальда-Вейля(**): . (4.10) где k и n - постоянные, характеризующие данную жидкообразную систему: 3 1
2
р
η 2 1 3
р
- n=1, ньютоновская система и константа k совпадает с ньютоновской вязкостью . 2 - n<1, псевдопластические жидкообразные системы 3 - n>1, дилатантные жидкообразные системы Таким образом, отклонение n от единицы характеризует степень отклонения свойств неньютоновских жидкостей от свойств ньютоновских жидкостей (рис.4.13).
При n > 1 вязкость жидкостей растет с увеличением скорости сдвига и напряжения. Такие жидкости называют дилатантными. - к ньютоновским относятся все чистые жидкости, а также разбавленные коллоидные системы с симметричной формой частиц – суспензии, эмульсии, золи. – к псевдопластическим жидкообразным системам можно отнести разбавленные суспензии с ассиметрической формой частиц, растворы полимеров Дело в том, что длинные макромолекулы и асимметричные частицы оказывают различное сопротивление потоку в зависимости от их ориентации в потоке. С возрастанием напряжения сдвига и скорости течения жидкости частицы постепенно ориентируются своими большими осями вдоль направления потока. Их хаотическое движение меняется на упорядоченное, что и ведет к уменьшению вязкости. Если частицы дисперсной фазы анизометричны (эллипсоиды, палочки, пластинки) или способны к деформациям (капельки, макромолекулы), то при течении дисперсионной среды могут проявляться в зависимости от природы и размеров частиц различные тенденции. Р Покой поток Сдвиговые напряжения наряду с приданием частицам вращения стремятся деформировать частицы и определенным образом ориентировать в потоке. Степень ориентации частиц существенно зависит от скорости деформации, т.е. при малых скоростях течения частицы могут быть полностью разориентированы в потоке, при высоких – ориентированы. Это приводит к изменению вязкости в зависимости о т напряжении я сдвига. Таким образом, с увеличением напряжения сдвига в псевдопластических системах хаотическое движение частиц упорядочивается и вязкость уменьшается. В этом случае недостаточно понятия вязкости ньютоновской, используется понятие об эффективной вязкости ηэф = τ/. - Дилатантные или растекающиеся системы. В растекающемся потоке объем системы уменьшается при увеличении нагрузки, что приводит к увеличению ее вязкости. В этих случаях, в частности, при больших деформациях наблюдается увеличение эффективной вязкости с увеличением градиента скорости (дилатансия – уменьшение плотности структуры при ее деформировании под действием приложенных напряжений – например, при начальной стадии размешивания крахмала в воде, в керамических массах, т.е. в порошках и уплотненных дисперсных материалах). В дисперсной системе с большим содержанием твердой фазы при малых нагрузках дисперсионная среда играет роль смазки, уменьшая силу трения и вязкость системы, прежде чем частицы начнут двигаться, их упаковка становится более рыхлой, и система увеличивается в объеме, вязкость уменьшается. С увеличением напряжения сдвига твердые частицы вступают в контакт, что вызывает увеличение силы трения и вязкость системы возрастает. Системы, в которых наблюдается зависимость вязкости от напряжения сдвига, называются аномальными или неньютоновскими. Разнообразие структур в реальных дисперсных системах не позволяет четко разделить их на 2 вида: коагуляционные и конденсационно-кристаллизационные. Предложенная Ребиндером классификация помогает связать механические свойства тел с их строением. Для нестационарных неньютоновских жидкостей, отличающихся зависимостью реологических свойств от времени, характерны явления тиксотропии и реопексии. Тиксотропность - способность структурированной системы восстанавливать во времени свои прочностные свойства после её механического разрушения. Восстановление структуры обычно обнаруживают по увеличению вязкости системы, поэтому явление тиксотропии можно определить как уменьшение вязкости системы во времени при наложении нагрузки и постепенный рост вязкости после снятия нагрузки. Реопексия - явление, обратное тиксотропии - возникновение и упрочнение структуры во времени в результате механического воздействия. Вязкость агрегативно устойчивых дисперсных систем В ряде случаев вязкость коллоидных систем практически не отличается от вязкости дисперсных систем. Ниже определенной скорости течения наблюдается ламинарное течение и подчинение законам Ньютона и Пуазейля. Например, при ламинарном течении золей Au, Ag, Pt, As2S3, AgI и т.д. также справедливы законы Ньютона и Пуазейля. С другой стороны, часто наблюдаются большие отклонения от поведения нормальных жидкостей. Эйнштейном было показано, что введение в среду частиц дисперсной фазы приводит к увеличению вязкости системы. Он установил связь между вязкостью раствора и концентрацией дисперсной фазы для коллоидных систем. Эту зависимость передает уравнение Эйнштейна: = 0(1 + ) или уд = = , (4.11) где - коэффициент формы частиц (для сферических частиц = 2.5, для удлиненных частиц > 2,5); уд - удельная вязкость. Следовательно, в отсутствие взаимодействия частиц среды с изометрическими частицами система ведет себя как ньютоновская жидкость, но с повышенной вязкостью. Объемная концентрация рассчитывается по следующей формуле: (4.12) η а б дисп.система ньютон.ж
. Р
Графическое представление уравнения (4.11) - прямая 1 на рис.4.14. Рис.4.15. Зависимость вязкости систем от объёмной концентрации дисперсной фазы: 1 – линейная (уравнение Эйнштейна); 2 – для реальных систем с равноосными частицами; 3 – для систем с вытянутыми частицами дисперсной фазы. С увеличением концентрации дисперсной фазы возрастает взаимодействие между частицами, и обнаруживаются cильные отклонения от уравнения Эйнштейна. Вязкость концентрированных систем растет с увеличением почти по экспоненте (линия 2 на рис.4.15), для них наблюдается зависимость вязкости от напряжения сдвига, т.е. закон Ньютона не выполняется. Эти отклонения от закона Ньютона и уравнения Эйнштейна обычно обусловлены взаимодействием частиц и образованием структуры, в которой частицы дисперсной фазы определенным образом ориентированы относительно друг друга (структурирование систем). Зависимость вязкости таких систем от объёмной концентрации фазы даже при малых не подчиняется уравнению Эйнштейна (кривая 3 на рис.4.15). Для описания зависимости от обычно используют уравнение: = 0exp() или = 0(1 + + b2 +..) (4.13)
Сферические твердые частицы, Разбавленная и устойчивая дисперсная система, Пробег частиц мал по сравнению с пробегом системы, Несжимаемая система, Течение жидкости носит ламинарный характер, Между частицами отсутствует скольжение. Реальные дисперсные системы не подчиняются уравнению Эйнштейна по следующим причинам: Наличие у частиц адсорбционных, сольватных слоев, а также ДЭС Взаимодействие частиц дисперсной фазы, Турбулезация потока, Анизометричность частиц, Временная флуктуация. жүктеу/скачать 1,83 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
| |||||