Загальні відомості про структуроутворення в дисперсних системах - раздел Химия, ПРЕДМЕТ І ЗАДАЧІ ФІЗИКО-ХІМІЧНОЇ МЕХАНІКИ Навколишній світ та дисперсні системи Згідно З Уявленнями П.о. Ребіндера, Структури В Колоїдних І Мікрогетерогенних...
Згідно з уявленнями П.О. Ребіндера, структури в колоїдних і мікрогетерогенних системах можна розділити на коагуляційні (тиксотропно-оборотні) і конденсаційно-кристалізаційні (необоротно руйнуються).
Коагуляційні структури утворюються при коагуляції, коли частинки цілком втрачають фактор стійкості (подвійний електричний шар, сольватну оболонку), вони злипаються одна з одною і утворюють компактні агрегати структури. Якщо ж фактор стійкості знятий не цілком, то в результаті цього частки злипаються в місцях, де фактор стійкості знятий і утворюють просторову сітку, у петлях якої знаходиться дисперсійне середовище. Відбувається гелеутворення (рис. 6.5).
|
Рис. 6.5. Гелеутворення:
1 – частинки дисперсної фази;
2 – ділянка поверхні частинок, що втратили фактор стійкості після стабілізації;
3 – ділянка поверхні частинок, що мають фактор стійкості;
4 – структури, що заповнені дисперсійним середовищем
|
На гелеутворення впливає концентрація часток дисперсної фази, форма часток. Утворення ліогелю полегшується, якщо частки анізодіаметричні і мають кінці, кути і ребра. У цих місцях подвійні електричні шари чи сольватні оболонки найменш розвинуті, так що злипання астабилізованих часток відбувається саме по цих ділянках і необхідна менша їх концентрація, ніж для сферичних. Для коагуляційних структур характерна тиксотропія – здатність структур після механічного їх руйнування самовільно відновлюватися в часі. Вони мають невелику міцність, пластичність, а також деяку еластичність, виявляють повзучість.
Для коагуляційних структур присутнє явище синерезису – самовільне зменшення розміру гелю з одночасним виділенням дисперсійного середовища, що міститься в петлях гелю. При утворенні коагуляційної структури бере участь таке число контактів, що не відповідає гранично ущільненому стану структури. Потім у результаті перегрупування часток, обумовленої їхнім тепловим рухом, число цих контактів збільшується, що неминуче приводить до стиску гелю і довипресуванню з нього дисперсійного середовища. Схематично це наведено на рис. 6.6.
Система з коагуляційною структурою, з якої висушуванням вилучено дисперсійне середовище, здатна в тій чи іншій мірі поглинати це середовище при контакті з нею. Поглинання середовища сухим гелем – ксерогелем (від грец. ксерос – сухий) може обумовлюватися як простим капілярним усмоктуванням, так і розсуванням елементів структури гелю.
Рис. 6.6. Дисперсна система: а) до синерезису; б) після синерезису
Товщина тонких шарів відповідає мінімуму вільної енергії системи. Міцність коагуляційних структур визначається числом контактів зчеплення в одиниці об'єму, а при незначному числі контактів – товщиною шарів рідкої фази (дисперсійного середовища).
Конденсаційно-кристалізаційні структури. До цього типу належать структури, у яких зв'язки між частками утворені за рахунок хімічних сил.
Ці структури виникають або в результаті утворення міцних хімічних зв'язків між частками (конденсаційні структури), або внаслідок зрощування кристалів у процесі викристалізування нової фази (кристалізаційні структури), що утворюється з рідкого середовища – переохолодженої рідини, або пересиченого розчину, чи розвитку сітки хімічних зв'язків, при просторовій полімеризації, наприклад, при утворенні студнів кремнекислоти у воді. Кристалізаційно-конденсовані структури можуть бути дуже міцними і самі собою не відновлюються після механічного руйнування, тобто руйнуються необоротно.
Схеми, що пояснюють умови утворення (а) і причини високої еластичності коагуляційних контактів (б), особливості умовно – коагуляційних контактів (в) і кристалізаційних контактів (г) наведено на рис. 6.7.
Перераховані відмінності (тиксотропія, еластичність, якщо вони анізодіаметричні) коагуляційних структур від кристалізаційних обумовлені характером контактів між елементами структури в таких системах: між ними, як це видно з рис. 6.7 а, б обов'язково присутній тонкий стійкий шар рідини (дисперсійного середовища) рис. 6.7 а, б. Наведена схема добре ілюструє також високу рухливість точковим, розділеним шаром рідини коагуляційних контактів. При таких контактах можливі переміщення частинок одної відповідно до іншої (зокрема з положення 1 у положення 2) і поворот одного щодо іншого на кут φ1–φ2 (шарнірні зчленування), що забезпечує їх зворотню деформацію. Природно, що ущільнення, наприклад бетонної суміші звичайно найбільш вигідно проводити саме на стадії утворення переважно коагуляційних структур, тому що при цьому ефект може бути максимальним (тому що зводиться до мінімуму необоротно зруйнованих контактів), і енергія, затрачувана на подібне щільне укладання матеріалу – найменша.
Умовно – коагуляційні структури можуть виникнути при механічному переплетенні у вигляді “хвоста” чи “повсті” часток звичайно подовженої форми. Особливість цих структур – відсутність між контактуючими частками рідких прошарків, як це показано на рис. 6.7. в. Такі атомні контакти за значенням їхньої міцності (порядку 10-7Н) займають проміжне значення між коагуляційними і кристалізаційно-конденсаційними.
Для них характерні “ точкові ” контакти, площа яких порядку
(1-3)·10-7мкм2. У зв'язку з порівняно великими відстанями між контактами такого роду, змочувальні розчини знижують міцність умовно-коагуляційних структур. Наприклад, міцність гіпсових виливків при змочуванні водою знижується приблизно вдвічі, а при висушуванні знову зростає майже до попередніх колишніх значень.
Кристалізаційно-конденсаційні контакти принципово відрізняються від розглянутих вище тим, що вони являють собою найбільш міцні контакти прямого зрощення з міцністю звичайно вище 10-6 Н / контакт і обумовлені хімічними силами (рис. 6.7 г).
Рис. 6.7. Контакти в коагуляційних (а), умовно-коагуляційних (в) і кристалізаційних (г) структурах
Наприклад, для складових цементного каменю кристалізаційне структуроутворення відбувається в результаті прямого зрощення між собою кристаликів відповідних гідратів із площею контакту порядку 10-5мкм2 (руйнуються необоротно).
Все темы данного раздела:
Навколишній світ та дисперсні системи
Навколишній світ існує багато в чому завдяки існуванню тіл, що створені сполученням, злипанням, зростанням найтонших часток (їх коагуляції) або, навпаки, здатності цих часток знаходитись у завислом
Дисперсні системи. Класифікація дисперсних систем з позицій фізико-хімічної механіки композиційних матеріалів
1.3.1. Дисперсними (мікрогетерогенними) системами називаються системи, що складаються з двох чи декількох фаз, одна з яких представлена окремими дрібними часточка
Особливості властивостей колоїдних систем
1.4.1. Всі колоїдні системи здатні розсіювати світло (опалесціювати). Якщо через колоїдну систему пропустити пучок проміння, що сходиться, поставивши між джерелом світла
Короткий історичний огляд
Перша робота, яка згодом послужила народженню фізико-хімічної механіки, відноситься до 1928 р. і пов'язана з адсорбційним пониженням міцності твердих тіл. П.О. Ребіндер встановив, що розколювання н
Поверхнева енергія і її природа
Поверхневі шари на межах тіл поводяться абсолютно інакше, ніж в об'ємі кожного граничного тіла.
Змочування і набухання
Явище змочування спостерігається на межі розділу трьох фаз, одна з яких звичайно є твердим тілом (3), інша рідиною, наприклад водою (1) і третя газом (2) (рис. 2.3). При неповному змочуванні рідка
Спонтанні процеси на межі розділу фаз
З термодинаміки відомо – система знаходиться в стійкій рівновазі, якщо її вільна енергія мінімальна в даних умовах:
F = Fmin (2.21)
Якщо над
Теорія мономолекулярної адсорбції Ленгмюра
Розглянуто на прикладі газ – тверде тіло – Г/Т.
Передбачається: тверда поверхня однорідна, тобто активні центри поверхні мають залишкові валентності і здатні зв'язати кожний по одній молек
Полімолекулярна адсорбція
Поряд з ізотермою адсорбції, що наведено на рис. 3.3, часто на практиці зустрічаються ізотерми без прямолінійної ділянки, що паралельна осі абсцис і відповідає насиченню поверхні адсорбенту молекул
Рівняння Гіббса. Двомірний тиск
Величина адсорбції Г (моль∙см-2) визначається як надлишок маси даного (адсорбованого) компонента, що припадає на одиницю площі поверхневого шару:
Правило Дюкло-Траубе
Адсорбція та орієнтація молекул поверхнево-активних речовин на поверхні розділу фаз – це самовільні процеси, що приводять до мінімуму вільної енергії системи. Знаходячись
Адсорбція на межі тверде тіло – розчин
Кількість речовини a, молекулярно адсорбованої з розчину, обчислюють за рівнянням (3.16.):
(3.16)
Правило зрівнювання полярності П.О. Ребіндера.
Відповідно до цього правила речовина С може бути сорбованою на поверхні розподілу фаз А і В, якщо вона в результаті своєї присутності в поверхневому шарі буде вирівнювати різницю полярності цих фаз
Склад і фізико-хімічна природа ПАР
Речовини, що при розчиненні навіть у дуже малих концентраціях здатні різко знижувати поверхневий натяг розчинника, називають поверхнево-активними речовинами (ПАР), а їх властивість знижувати поверх
Класифікація ПАР за хімічною будовою
У хімічному відношенні ПАР розділяють нанеіоногенні і іоногенніречовини.
Молекули неіоногенних
А. Мила карбонових кислот
1. Карбоксильна група пов’язана безпосередньо з гідрофобним радикалом. Надалі розподілення залежить від характеру гідрофобного радикала (наприклад, мила жирних кислот, каніфольні мила і ін.).
Катіоноактивні ПАР
Катіоноактивні ПАР підрозділяються на наступні основні групи: аміни різного ступеня заміщення і четвертичні амонієві основи, азотвмісні основи (гуанідини, гідрадини, гетероциклічні сполуки і т. ін.
Класифікація ПАР за механізмом дії
За механізмом дії ПАР поділяються на чотири основні групи:
4.5.1. До першої групи відносяться речовини, поверхнево-активні на границі рідина – газ, і насамперед
Класифікація ПАР за механізмом дії
За механізмом дії ПАР поділяються на чотири основні групи:
4.5.1. До першої групи відносяться речовини, поверхнево-активні на границі рідина – газ, і насамперед
Використання ПАР в техніці
На даний час ПАР широко використовують у багатьох галузях господарства. Наприклад, у текстильній і паперовій промисловості, у виробництві косметики, фармацевтичних, бактерицидних, фунгіцидних і зас
Будова колоїдних міцел
Частки дисперсної фази ліозолів несуть на своїй поверхні заряд, що обумовлений наявністю на їх поверхні подвійного електричного шару, який представляє собою тонкий поверхневий шар із просторово роз
Стійкість і коагуляція дисперсних систем
Існує два поняття – агрегативна і кінетична нестійкість дисперсних систем. Агрегативна нестійкість виявляється в самовільному утворенні агрегатів з часток дисперсної фази системи з наступним їхнім
Молекулярно-адсорбційна стабілізація дисперсних систем
У неполярному дисперсійному середовищі частки дисперсної фази позбавлені електричного заряду. Електричний фактор стабілізації відсутній. Між дисперсними частками діють тільки сили взаємного притяга
Процеси стабілізації дисперсних систем і їхня роль у техніці
Типові колоїдні системи чуттєві до дії електролітів. Однак при введенні в них незначних концентрацій високомолекулярних речовин і утворенні на поверхні часточок відповідного ад
Поняття про структурно-механічні властивості
Найважливіші властивості фізичних тіл, насамперед твердих тіл, їх механічні властивості: в'язкість, пружність, пластичність, міцність. Вони визначають здатність тіл чинити опір руйнуванню під дією
Деформації і течії
Реологія – наука про деформації і течії різноманітних реальних тіл.
Реологія – це наука про поведінку матеріалів (систем, тіл) з вра
Методи реологічного моделювання
Для характеристики тіл з комплексними властивостями використовують класичний для реології спосіб механічного моделювання. Структурними елементами реологічних моделей є пружина, поршень (або куля) т
Методи реологічного моделювання
Для характеристики тіл з комплексними властивостями використовують класичний для реології спосіб механічного моделювання. Структурними елементами реологічних моделей є пружина, поршень (або куля) т
Методика побудови реологічних кривих
В'язкість можна вимірити при постійному крутильному моменті (постійне навантаження), прикладеному до однієї з поверхонь, чи при постійній швидкості обертання однієї з поверхонь
Моделі і рівняння течії структурованих дисперсних систем
У світлі молекулярно-кінетичних уявлень процес течії структурованих рідин, на відміну від ньютонівських, складається з декількох елементарних актів. Якщо немає зовнішньої зрушувальної сили, тиксотр
Моделі і рівняння течії структурованих дисперсних систем
У світлі молекулярно-кінетичних уявлень процес течії структурованих рідин, на відміну від ньютонівських, складається з декількох елементарних актів. Якщо немає зовнішньої зрушувальної сили, тиксотр
Моделі і рівняння течії структурованих дисперсних систем
У світлі молекулярно-кінетичних уявлень процес течії структурованих рідин, на відміну від ньютонівських, складається з декількох елементарних актів. Якщо немає зовнішньої зрушувальної сили, тиксотр
Моделі і рівняння течії структурованих дисперсних систем
У світлі молекулярно-кінетичних уявлень процес течії структурованих рідин, на відміну від ньютонівських, складається з декількох елементарних актів. Якщо немає зовнішньої зрушувальної сили, тиксотр
Основні закономірності кінетики кристалізації нової фази з пересичених розчинів і фазовий склад цементного каменю
В ідеалізованому випадку процеси кристалізації складаються з послідовно елементарних актів виникнення зародків нової фази і їхнього росту.
Теорія виникнення зародків кристалізації дана в п
Формування структури цементного каменю
За сучасними поглядами, у початковий період (перша стадія гідратації) при змішуванні цементу з водою в процесі гідролізу трикальцієвого силікату виділяється гідроксид
Фізичні основи ущільнення і формозміни бетонних сумішей
Свіжоприготовлена бетонна суміш має пухку нестабільну структуру з високою пористістю (П0 до 15%) і значним об'ємом залученого повітря (особливо при низькому водоутриманні суміші). Необхі
Основні параметри вібраційного ущільнення бетонної суміші
Ущільнення суміші як пружньов’язкопластичного тіла може відбутися, якщо енергетичні параметри зовнішніх впливів достатні для подолання граничного опору зсуву бетонної суміші. При відповідності пара
Вібродиспергування та виброперемішування суміші
Вібродиспергування. Робота, що необхідна для руйнування твердого тіла, не залежить від того, яка машина буде використана для подрібнення. Роботу руйнування можна підраховувати
Шляхи інтенсифікації ущільнення сумішей
9.4.1. Принциповий зміст процесу перемішування сумішей
Технологія виробництва асфальтових та дьогтевих бетонних сумішей і бетонів складається з двох осно
Шляхи інтенсифікації ущільнення сумішей
9.4.1. Принциповий зміст процесу перемішування сумішей
Технологія виробництва асфальтових та дьогтевих бетонних сумішей і бетонів складається з двох осно
Бітумополімерні в’яжучі і асфальтобетони на їх основі
Органічні в'яжучі речовини являють собою групу природних чи штучних термопластичних твердих, в’язкопластичних чи рідких речовин, що складаються із суміші органічних, від
Бітумополімерні в’яжучі і асфальтобетони на їх основі
Органічні в'яжучі речовини являють собою групу природних чи штучних термопластичних твердих, в’язкопластичних чи рідких речовин, що складаються із суміші органічних, від
Склад, структура і властивості нафтових дорожніх бітумів
Під терміном «бітум» розуміють суміш рідких, напівтвердих чи твердих сполук вуглецю і водню, що містять у невеликій кількості кисень-, сірку- й азотовмісні речовини і метали, а також значну кількіс
Галузь застосування.
10.3.1. Визначення. Склад. Класифікація.
– Дорожні бітумні емульсії являють собою дисперсні системи з двох не розчинних одна в одній рідин. Перша
Бітумні емульсії – мікрогеторогенні дисперсні системи
Дослідники розглядають емульсію як дисперсну мікрогетерогенну стабілізовану систему рідина – рідина. У емульсії виділяють дві фази: дисперговану (переривну) і диспергуючу (або непереривну). На пове
Технологія виробництва
Процес утворення емульсії складається з розподілення однієї рідини в іншій і утворення стійких крапель при наявності ПАР у системі, яка знижує поверхневий натяг середовища. Рідина з низьким поверхн
Технічна характеристика триступеневого диспергатора
Продуктивність, м3/с (т/ч) …………………………16,7×10-4 (5)
Ширина робочих зазорів, мм ……………..……….0,5 – 4
Частота обертання вала, хв-1
Приготування аніонної і катіонної емульсій.
Температуру бітуму і розчину емульгатору визначають таким чином, щоб сума цих двох температур не перевищувала 2000С. В противному випадку може відбутися закипання суміші бітуму і розчину
Фізико-механічні властивості та технологічні вимоги.
Згідно з вимогами ДСТУ БВ.2.7-2005 “Емульсії бітумні дорожні” вони повинні відповідати наступним вимогам (табл. 10.8).
Емульсії повинні бути стійкими при транспортуванні, тобто не повинно
Галузі застосування.
Таблиця 10.9
Клас емульсії
Вид роботи
ЕА - Ш
ЕАМ – Ш
Доглядання за свіжоукладеним цементобетоном і цементогрун
Водостійкість асфальтополімербетонів
Використання бітумів, що модифіковані полімерами (БМП) у промислово розвинених країнах набирає усе більш широкі масштаби. Близько 10 % всіх застосовуваних у дорожньому будівництві бітумів модифікую
Роль матриці асфальто- і дьогтебетону у формуванні властивостей бетонів
Структура асфальто- і дьогтебетону - багатокомпонентного, полідисперсного, композиційного матеріалу, характеризується кількістю, формою, співвідношенням зерен різної крупності, складом, структурою
Дьогтебетон
Дьогтебетон – це штучний будівельний матеріал, одержуваний ущільненням перемішаної до однорідного стану при оптимальній температурі суміші дьогтю, щебеню, піску і мінерального поро
Асфальтобетон
Відповідно до ДСТУ Б В. 2. 7 – “Суміші асфальтобетонні і асфальтобетон дорожній та аеродромний” асфальтобетонні суміші підрозділяються на щебеневі, гравійні і піщані.
За температурою уклад
Утомленісна довговічність асфальтобетонів і роль агресивних середовищ
Довговічність – здатність матеріалу забезпечувати працездатність конструкції при заданих режимах експлуатації. Довговічність – це узагальнена властивість матеріалу, яка може характ
Дьогтебетони і асфальтобетони з комплексно-модифікованою мікроструктурою
Властивості бетонних сумішей на органічних в’яжучих, що призначені для будівництва конструктивних шарів нежорстких дорожніх одягів, визначаються насамперед якістю органічного в’яжучого і процесами
РЕКОМЕНДОВАНА ЛІТЕРАТУРА ДО ВИВЧЕННЯ ТЕОРЕТИЧНОГО МАТЕРІАЛУ
1. Баженов Ю.М. Технология бетона. – М.: Высш. шк., 1987.– 415 с.
2. Берлин А.А., Басин В.Е. Основы адгезии полимеров. М.: Химия, 1969. – 319 с.
3. Братчун В.И., Золотарёв В.А. Мо
Новости и инфо для студентов