Коллоидная химия

В свободнодисперсных системах частицы дисперсной фазы могут перемещаться по всему объему системы. Частицы грубодисперсных систем (суспензий, эмульсий и др.) не участвуют в броуновском движении и в зависимости от соотношения плотностей частиц и среды либо осаждаются под действием силы тяжести, либо всплывают под действием силы Архимеда.

Процесс оседания частиц дисперсной фазы в жидкой или газообразной среде под действием силы тяжести называют седиментацией, а процесс всплытия - обратной седиментацией.
На частицы, находящиеся в жидкости действуют две силы
- сила тяжести F=mg

и выталкивающая сила - сила Архимеда^(*) F_a.

Равнодействующая этих сил - сила, вызывающая седиментацию F_c. Она равна:

F_c = mg  F_a = Vg  V_og = Vg(  _o), (3.7)

где V - объем частицы, g - ускорение силы тяжести,  и _o- плотности частиц и среды, соответственно.
Под действием F_c частицы начинают двигаться с ускорением, но по мере роста скорости увеличивается и сила сопротивления среды, пропорциональная скорости движения F_тр = BU. Наконец, наступает момент, когда F_c становится равной F_тр и частица начинает двигаться равномерно с постоянной скоростью U:
Vg(  _o) = BU и U = Vg(  _o)/B (3.8)

Здесь B - коэффициент трения среды. Для сферических частиц, движущихся ламинарно в жидкости, коэффициент B обычно выражают законом Стокса^(*):

B = 6r (3.9)

или

Это уравнение лежит в основе седиментационного анализа дисперсности грубодисперсных коллоидных систем, целью которого является установление минимального, максимального и наивероятнейшего радиусов частиц системы, а так же - распределения частиц по радиусам.

По такому закону происходит осаждение частиц в суспензиях, аэрозолях, эмульсиях.

Условия соблюдения законов седиментации

(зaкона Стокса)

1. 
   Независимость осаждения частиц (разбавленные системы, иначе тормозится движение частиц из-за их столкновения).
   
2. 
   Ламинарность движения
   
3. 
   Дисперсность частиц от 0,1 мкм до 100 мкм, так как частицы с диаметром меньше 0,1 мкм обладают заметным броуновским движением, а частицы с диаметром, большим 100 мкм, движутся равноускоренно (возникает турбулентность).
   
4. 
   Сферическая форма частиц. Частицы неправильной формы ориентируются в направлении движения. Для применения закона Стокса используют в этом случае понятие эквивалентного радиуса (т.е. радиуса сферы частиц, оседающих с той же скоростью, что и реальные частицы).
   

Таблица 3.1