Коллоидты жүйелердің тұтқырлығы және оны анықтау

Кез келген дене қозғалғанда қоршаған орта оның қозғалу жылдамдығына кедергі жасайды. Дененің қозғалу жылдамдығына қарсы әсер етуші күшті үйкеліс күші деп атайды. Жүйеның әр түрлі жылдамдықпен қозғалатын құрам бөліктерінің аралығындағы үйкеліс тұтқырлық деп аталады. Тұтқырлықтың () кері шамасын (1/) аққыштық дейді. Тұтқырлық сұйықтардың табиғатына және температураға тәуелді. Мысалы, глицерин тұтқыр, аққыштығы төмен сұйықтық болса, эфир, метил және этил спирттері тұтқырлығы төмен аққыштығы жоғары заттар. Температураны арттырғанда сұйықтардың тұтқырлығы кеміп, аққыштығы артады. Мысалы, құбырлармен мұнай айдау кезінде оның аққыштығын арттыру үшін қыздыру станцияларында мұнай қыздырып тұтқырлығын төмендетеді. Жоғарғы температураларда сұйықтық қабаттары арасындағы байланыс күштері кемиді.

Әрбір сұйықтар үшін үйкеліс күші (Ғ) Ньютон теңдеуімен анықталады:
(1)

мұндағы - тұтқырлық коэффициенті (тұтқырлық), сұйықтың табиғатына байланысты; du/dx – қозғалыс жылдамдығының градиенті; S – сұйық қабатының ауданы. Егер S=1 және du/dx=1 болса, онда F=. Тұтқырлық коэффициентінің өлшем бірлігі – Па*С

сұйықтардың капиллярдан ағып өту көлемдік жылдамдығының олардың тұтқырлығына тәуелділігін Пуазейль эмпирикалық жолмен анықтаған болатын:
(2)

мұндағы V – капиллярдан ағып өтетін сұйықтың көлемі, r – капиллярдың радиусы; F – сұйық қозғалысына әсер етуші күш (қысым), t – уақыт; l – капиллярдың ұзындығы. Бұл формуладан берілген сұйық үшін тұтқырлықтың () шамасын және сұйықтық көлемінің капилляр арқылы ағып өтетін уақытын табу қиын емес.

Коллоидты ерітінділердің нағыз ерітінділер мен дербес сұйықтарға қарағанда тұтқырлығы жоғары болады. Әдетте зольдің тұтқырлығы таза дисперсионды ортаның тұтқырлығынан артық. Ол мынандай факторларға байланысты: біріншіден, коллоидты ерітіндіде размері жеке молекуланыңразмерінен әлде қайда үлкен болатын дисперсті фаза бөлшектері бар. Олар молекулалардың қозғалу бағытын өзгертіп, кейбір сұйық қабаттарының өзара араласуына себеп болады. Нәтижесінде, ерітіндіде сұйықтың ламинарлық ағыны турбулентті ағысқа ауысады. Екіншіден, коллоидты бөлшектер ағыс көлеміндегі дисперсионды ортаның алатын көлемін кемітеді және сұйықтық ағынына бағытталған жылдамдық градиентін арттырады. Осыған байланысты, зольдің тұтқырлығы әрқашанда дисперсионды орта тұтқырлығынан артық болады. Зольдердің тағы бір ерекшелігі – олар Ньютон және Пуазейль теңдеулерімен анықталатын тәуелділіктерге бағынбайды. Егер дербес сұйықтықтар мен нағыз ерітінділер үшін кесімді уақыт ішінде капилляр арқылы ағып өтетін сұйықтың көлемі оның ұштарындағы қысымның айырымына тура пропорционал болса, ал зольдер үшін бұл байланыс орындалмайды. Жоғарыдағы формулалармен есептелген тұтқырлық шамасы айнымалы болады және жылдамдық градиентінің функциясы болады. Демек, тұтқырлықтың шамасы оны анықтау жағдайына байланысты, яғни вискозиметрде сұйықтың ағып өту жылдамдығына және прибордің түрі мен размеріне тәуелді.

Сұйықтардың тұтқырлығын әр түрлі әдістермен анықтауға болады: капилляр арқылы сұйықтың ағып өту әдісі; ақпа шарик әдісі.

Әдетте сұйықтықтардың абсолюттік тұтқырлығын емес, салыстырмалы тұтқырлығын анықтайды. Заттың абсолюттік тұтқырлығының судың тұтқырлығына қатынасы салыстырмалы тұтқырлық деп аталады. Салыстырмалы тұтқырлықты анықтау үшін стандарт сұйықтың және зерттейтін сұйықтық бірдей көлемінің капиллярдан ағып өту уақытын анықтайды. Капилляр ағып өтпеуі керек. Егер ерітіндідегі орта су болатын болса, онда стандарт сұйық ролін су атқарады. Бұл жолмен анықталған салыстырмалы тұтқырлық:

Егер болса

мұндағы d – зерттейтін сұйықтың тығыздығы; d- судың тығыздығы; t және t капиллярдан зерттейтін сұйықтың және судың ағып өту уақыттары; - судың тұтқырлық коэффициенті.

Салыстырмалы тұтқырлықты ақпа шарик әдісімен де анықтауға болады. Ол үшін біреуінің абсолюттік тұтқырлығы белгілі екі сұйық алып, оларда шариктің еркін құлау уақытын анықтайды да, Стокс формуласын пайдаланып, зерттейтін сұйықтың салыстырмалытұтқырлығын есесптейді: