химический каталог




Курс коллоидной химии

Автор С.С.Воюцкий

реды коллоидной частице, последняя меняет свое направление и скорость весьма часто. За одну секунду коллоиДная частица может изменить свое направление свыше 1020 раз. В таких условиях определить истинный путь коллоидной частицы невозможно, но легко определить среднее расстояние, на которое она

Рис.

III, 2. Схема броуновского движения частицы.

смещается в единицу времени. На рис. III, 2 схематически пред-' ставлена проекция движения частицы на плоскость. Эту проекцию можно найти, наблюдая броуновское движение одной частицы в микроскопе и регистрируя ее положение в поле зрения через равные промежутки времени. При этом движение частицы от одного зарегистрированного положения до другого только условно изображено прямой линией. На самом деле оно также имеет # весьма сложную зигзагообразную траекторию в пространстве. Поскольку обычно интересуются передвижением частицы в каком-нибудь определенном направлении (например, в направлении, в котором идет диффузия), то для количественных расчетов, о которых речь будет идти ниже, берут не само_смещение, или сдвиг, а величину А, представляющую среднее квадратичное значение проекции смещения частицы на ось х, параллельную выбранному направлению. Среднеарифметическим значением проекции смещения пользоваться нельзя, так как вследствие равной вероятности всех направлений движения частицы оно равно нулю. Среднее квадратичное значение проекции смещения находится из уравнения:

П

(III, 1)

где At, Дг, Аз... — отдельные проекции смещения частицы на ось х; п — число таких проекций, взятых для расчета

2. ДИФФУЗИЯ В ИСТИННЫХ РАСТВОРАХ И В КОЛЛОИДНЫХ СИСТЕМАХ

Диффузией называют самопроизвольно протекающий в системе процесс выравнивания концентрации молекул, ионов или коллоид-йвгх-^гастиц под влиянием их теплового хаотического движения. Таким образом, диффузия является макроскопическим проявлением теплового движения молекул и поэтому всегда идет тем быстрее, чем выше температура. Явление диффузии необратимо, она протекает до полного выравнивания концентраций, так как хаотическому распределению частиц отвечает максимальная энтропия системы,

Часто^ за причину диффузии принимают осмотическое давление. Это представление было развито Нернстом (1885 г.). Так как осмотическое давление может проявляться лишь при наличии полупроницаемой перегородки (мембраны), то это давление бессмысленно рассматривать как какую-то реальную силу, существующую вне связи с мембраной. Тем не менее осмотическое давление, являющееся также результатом хаотического движения молекул, иногда действительно очень удобно принимать за причину диффузии. Правомерность такого подхода подтверждается соответствием теоретических данных, полученных, исходя из этой точки зрения, с экспериментальными.

Перенос массы в результате диффузии формально сходен с закономерностями переноса тепла или электричества. Воспользовавшись такой аналогией, Фик (1855 г.) сформулировал первый закон диффузии:

dm^-D^sdx (III, 2>

где т — количество продиффундировавшего вещества; D — коэффициент диффузии, зависящий от свойств диффундирующих частиц и среды, dc/dx — градиент концентрации; s — площадь, через которую идет диффузия; т—продолжительность диффузии.

Знак минус перед правой частью равенства поставлен потому, что производная dc/dx имеет отрицательное значение, так как с увеличением значений х величина с уменьшается.

Уравнение (III, 2) можно представить также в виде:

, ;д = l/s (dmfdx) = — D dc/dx (Ш,3>

Величину гд принято называть удельным потоком диффузии, так

как она характеризует количество вещества, переносимое в результате диффузии за единицу времени через сечение, равное единице площади. —

Диффузионный поток в общем случае является функцией от х и т, так как от этих величин зависит градиет концентрации dc/dx~ Только если поддерживать градиент концентрации постоянным,, диффузионный поток не изменяется с течением времени и в системе устанавливается стационарный процесс диффузии. Для этого* случая, очевидно, можно написать:

m==- D— sx (Ш,4>

dxПринимая dc/dx = —1, 5=1 и т = 1, получим

D = m (111,5)т. е. коэффициент диффузии D численно равен количеству вещества, продиффундировавшего через единицу площади в единицу времени при градиенте концентрации, равном единице. Из уравнения (111,4) также следует, что коэффициент диффузии измеряется в см2/с. Однако очень часто при рассмотрении явлений диффузии в связи с медленностью процесса за единицу времени берут не секунду, а сутки.

Эйнштейн (1908 г.) вывел уравнение, связывающее коэффициент диффузии D с абсолютной температурой системы Т, вязкостью дисперсионной среды ц и радиусом частиц дисперсной

5а фазы г. Для вывода этого уравнения, имеющего большое практическое и теоретическое значение, представим себе изображенную

на рис. III, 3 трубку с сечением в 5 см2, заполненную раствором,

причем примем, что концентрация растворенного вещества равномерно убывает слева направо. Выделим мысленно в этой трубке

слой раствора бесконечно малой толщины, ограниченный воображаемыми плоскостями х{х\ и объем этого элементарного

слоя V будет равен sdx. Обозначим концентрацию раствора и осмотическое давление слева от этого слоя через С\ * и щ> 2L справа от него — через с2 и я2. Очевидно, с\ > с2 и щ > я2. При

таких условиях в трубке происходит диффузия растворенного вещества, причем перенос вещества будет идти слева направо, как указано на рисунке стрелкой. Как известно, диффузия обусловлена хаотическим тепловым движением частиц, когда частицы движутся в отдельные моменты с различной скоростью и в разных направлениях. Однако, рассматривая диффузию в целом как направленный поток частиц, можно говорить о некоторой эффективной постоянной скорости. Такой скоростью должны обладать все частицы, чтобы, двигаясь прямолинейно, перенести через единицу сечения за единицу времени при данном градиенте концентрации определенное количество вещества.

Постоянная скорость диффундирующих частиц может быть объяснена толька тем, что движущая сила /, действующая на отдельную частицу, уравновешивается обратно направленной силой трения f, испытываемой этой частицей, т. е. что

(III. 6)

Сила трения f равна произведению коэффициента трения В между частицей и средой на скорость движения частицы и:

Г - Ви (III, 7)

Коэффициент В для сферических частиц равен по Стоксу бпцг (где г) — динамическая вязкость среды и г — радиус частицы).

Для вычисления движущей силы, действующей на одну частицу, определим сначала движущую силу F, приходящуюся на •единицу объема элементарного слоя. Очевидно

sdx sdx sdx

Тогда, если молярную концентрацию растворенного вещества в элементарном слое обозначить через с, то движущую силу /, приходящуюся на одну частицу, можно представить следующим образом:

f_ dK _ RT dc (III 8)

' scdxN A sc^a dx

где R— универсальная газовая постоянная; T — абсолютная температура; ЛГА— число Авогадро.

Вставляя найденные выражения для /' и / в уравнение (111,6), лолучаем:

Я«---4?

страница 20
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189

Скачать книгу "Курс коллоидной химии" (4.52Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [прайс-листы]  [форум]  [обратная связь]

 

 

Реклама
ремонт холодильников в люберцах недорого
такси аэропорт трансфер
ун 10 урна наружняя
где можно купить чугунную сковороду

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(27.07.2017)