Реферат Курсовая Конспект
СЕДИМЕНТАЦИОННО-ДИФФУЗИОННОЕ РАВНОВЕСИЕ - раздел Химия, Сборник задач КОЛЛОИДНАЯ ХИМИЯ Частицы Дисперсной Фазы В Гравитационном Поле Оседают, Если Их Плотность R Бо...
|
Частицы дисперсной фазы в гравитационном поле оседают, если их плотность r больше плотности дисперсионной среды r0, или всплывают, если их плотность меньше плотности дисперсионной среды. Сила гравитационного поля, под действием которого частицы дисперсной фазы оседают (седиментируют) или всплывают, с учетом выталкивающей силы по закону Архимеда Fсед = g(m – m0), где g – ускорение силы тяжести; m – масса частицы; m0 – масса дисперсионной среды, вытесненной частицей данного объема. Для частиц сферической формы
Fсед = pr3(r - r0)g.
Одновременно на частицу действует сила сопротивления вязкой среды, возрастающая с увеличением скорости ее движения и по закону Стокса равная 6phru, где h - вязкость среды; u – скорость движения частицы. При установившемся равномерном движении эти силы выравниваются и скорость равномерного движения частицы
uсед = . (2.10)
Таким образом, скорость свободно движущейся под действием силы тяжести частицы прямо пропорциональна квадрату ее радиуса, разности плотностей частицы и среды и обратно пропорциональна вязкости среды.
Определив скорость седиментации частиц, можно вычислить их размеры. Из уравнения (2.10)
= , (2.11)
где К - величина постоянная для данной системы и условий опыта и называемая постоянной Стокса, К = .
Если за время t частицы оседают на расстояние h, то при равномерном движении скорость седиментации
uсед = , r = K. (2.12)
Уравнение (2.11) справедливо лишь для твердых сферических и не взаимодействующих между собой частиц монодисперсных суспензий. Для частиц произвольной формы оно дает эквивалентный радиус, т.е. радиус сферической частицы, оседающей с той же скоростью.
Это уравнение лежит в основе седиментационного анализа относительно грубодисперсных систем с размером частиц более 10-4 см.
В реальных полидисперсных системах более крупные частицы оседают быстрее, более мелкие – отстают и поэтому четкая граница раздела фаз отсутствует. В этом случае задачей седиментационного анализа является определение относительного содержания отдельных фракций системы, для чего определяют массу оседающих частиц за определенные отрезки времени с последующей обработкой экспериментальных данных графическим или аналитическим методами.
По мере роста степени дисперсности скорость оседания частиц в гравитационном поле резко уменьшается (см. уравнение (2.10) и для коллоидных частиц размером 10-5-10-7 см составляет месяцы и годы. Процесс оседания частиц дисперсной фазы в этих системах компенсируется их встречной диффузией при возникновении градиента концентраций и броуновским движением, в результате чего в системе устанавливается седиментационно-диффузионное равновесие, при котором частицы удерживаются во взвешенном состоянии. Это означает, что коллоидно-дисперсные системы являются кинетически (седиментационно) устойчивыми.
Закон распределения коллоидных частиц по высоте в состоянии равновесия аналогичен гипсометрической формуле Лапласа для газов в атмосфере:
, (2.13)
где n0 – число частиц в единице объема на исходном уровне h1; n – число частиц на высоте H = h2 – h1.
Уравнение (2.13) позволяет вычислить высоту, на которой концентрация молекул или коллоидно-дисперсных частиц в гравитационном поле уменьшается вдвое (характеристическую высоту), на которой n0/n = 2. Для частиц сферической формы
. (2.14)
Как видно из уравнения, эта высота обратно пропорциональна кубу радиуса частиц r.
Седиментационный анализ в гравитационном поле земли не применим к коллоидно-дисперсным системам, так как частицы их слишком малы и практически не оседают. Однако если поместить коллоидную систему в центробежное поле ультрацентрифуги с ускорением 103-106g, то можно проводить дисперсионный анализ коллоидных систем с радиусом частиц менее 0,5 × 10-5 см, определяя их радиус по уравнению Тальбо - Сведберга
, (2.15)
где h2 – уровень частиц по истечении времени t; w - угловая скорость вращения ротора центрифуги, w = 2pn; n – число оборотов в секунду.
Молекулярная масса полимеров может быть вычислена по уравнению Сведберга:
, (2.16)
где с1 и с2 – концентрация полимера на расстоянии h1 и h2 от оси ротора центрифуги; n – удельный объем растворенного полимера, м3/кг; r0 – плотность растворителя, кг/м3.
– Конец работы –
Эта тема принадлежит разделу:
Санкт Петербургский государственный горный институт им Г В Плеханова... технический университет...
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: СЕДИМЕНТАЦИОННО-ДИФФУЗИОННОЕ РАВНОВЕСИЕ
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Твитнуть |
Новости и инфо для студентов