Коллоидная химия



бет69/130
Дата21.01.2022
өлшемі1,83 Mb.
#113034
1   ...   65   66   67   68   69   70   71   72   ...   130
Байланысты:
Лекция коллоид рус

3.3. Седиментация суспензий

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(*) Fa.

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

Fc = mg  Fa = 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 Fc частицы начинают двигаться с ускорением, но по мере роста скорости увеличивается и сила сопротивления среды, пропорциональная скорости движения Fтр = BU. Наконец, наступает момент, когда Fc становится равной Fтр 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)

Тогда скорость равномерного движения равна:

(3.10)

или


= KU, (3.11)
где  - вязкость жидкости, r - радиус частицы.
Скорость осаждения частиц можно рассчитать, зная путь частицы при осаждении H и время её осаждения t: U = H/t. Окончательно выражение для радиуса частиц имеет вид:

(3.12)

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

aкона 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).

Способность к седиментации принято выражать через константу седиментации, которая определяется скоростью осаждения:
Sсед= V(ρ-ρo)/gВ= U/g (3.13)
Для сферических частиц Sсед=2 r2 (ρ-ρo)/9η, единица измерения – Сведберг(*): 1Сб=10-13 с.
Для аэрозолей, суспензий, эмульсий константа седиментации очень велика, поэтому используют мегаСведберги (МСб) или с. Для частиц кварца (радиус 10-3 см) Sсед = 3,25 10–5 с= 325 МСб=0,325 ГСб.

Таблица 3.1





Достарыңызбен бөлісу:
1   ...   65   66   67   68   69   70   71   72   ...   130




©engime.org 2024
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет