химический каталог




Курс коллоидной химии

Автор С.С.Воюцкий

тает все возрастающие значения. Массопе-ренос будет продолжаться до тех пор, пока поток /д не станет равным ("с, т. е. пока не будет соблюдено условие ic/iB = 1 и в системе установится равновесие. Учитывая, что градиент концентрации изменяется по высоте, и заменяя х на hy можно написать уравнение (111,-31) в виде

, mg с kT * dc/dh 1

Это уравнение можно написать и в таком виде:

"ЈrfA (Ш,32)

с kT

Интегрируя от с0 до ch и соответственно от 0 до К получим:

In (cQ/ch) = mgh/kT = mNAgh/RT (III, 33)

или

Co/CA = exp(^Ј) (111,34)

Если в уравнении (III, 33) величину с заменить пропорциональной ей величиной давления р, то получим хорошо известную барометрическую формулу:

Это так называемый гипсометрический законх которому подчи-дяется распределение молекул газа по высоте.

Поскольку концентрация дисперВгби фазы с пропорциональна численной концентрации v, уравнение (111,33) можно представить также в виде:

MtyvJ — mgh/kT (111,36)

Это уравнение можно переписать следующим образом:

и kT ,П (V0/VA)

mg

(П1 37)

С помощью этой формулы удобно вычислять для любой сво-боднодисперсной системы величину А, представляющую собою высоту, на которую надо подняться, чтобы численная (или, соответственно, весовая) концентрация уменьшилась с vo до va, или в Vofah раз.

В табл. 111,2 приведены вычисленные по уравнению (111,37) величины h при (v0/vft) = 2 и (v0/vA) = 106.

Таблица 111,2. Снижение концентрации вещества с высотой в различных

дисперсных системах

Система Диаметр частиц, нм Высота h (в см), на которой концентрация убывает

в 2 раза в 100 раз

Кислород Золь золота То же

Суспензия гуммигута 0,27 1,86 8,35

186

230 500 ООО (5 км)

215

2,5

2 • 10~5 (0,2 мкм)

3 • 10"3 (30 мкм) 10 000 000 (100 км)

4 300

50

4 • Г0~4 (4 мкм) 6 • 10"2 (600 мкм)

Как видно из данных табл. III, 2, значение h резко падает с увеличением массы (диаметра) частиц. Более высокое значение h для суспензии гуммигута с частицами диаметром в 230 нм, чем для золя золота с частицами 186 нм в диаметре, объясняется тем, что плотность золота во много раз больше плотности гуммигута.

Понятно, что распределение частиц по высоте, подчиняющееся гипсометрическому закону, осуществляется только в монодисперсных системах. В случае полидисперсных систем картина распределения гораздо более сложная. Ниже приведены данные о влиянии броуновского движения и седиментации на скорость передвижения частиц в полидисперсном гидрозоле серебра:

Диаметр частиц, мкм 0,1 1 10

Расстояние, проходимое частицей

за 1 с, мкм

в результате броуновского движения .' 10,0 3,1 1,0

в результате седиментации . . 0,0676 6,75 676,0

Из сравнения скорости броуновского движения и седиментации можно видеть, что частицы серебра диаметром меньше 0,1 мкм Оудут более или менее равномерно распределены по всему объему системы, частицы серебра диаметром более 10 мкм будут находиться в основном в осадке, частицы же промежуточных размеров будут распределены по высоте согласно гипсометрическому закону, причем для каждой фракции будет устанавливаться свое равно-ьесие.

Несмотря на то, что для золей, согласно гипсометрическому закону, концентрация должна уменьшаться очень быстро с высотой, весьма часто дисперсные системы практически обнаруживают одну и ту же концентрацию по всей высоте столба. Особенно это характерно для высокодисперсных золей. Такое явление объясняется тем, что с уменьшением размера частиц сила тяжести, обусловливающая оседание, уменьшает&я-гараэдо быстрее, чем сила трения, поскольку сила тяжести для частиц сферической формы пропорциональна третьей степени радиуса частиц, а сила трения пропорциональна только первой степени радиуса. В результате этого установление равновесия, при котором приложим гипсометрический закон, достигается у высокодисперсных золей чрезвычайно медленно, и в большинстве случаев мы имеем дело с системами, в которых распределение частиц по высоте очень далеко от предписываемого теорией.

В качестве иллюстрации влияния размера частиц на скорость оседания ниже приведены скорости седиментации сферических частиц кварца в воде в зависимости от их радиуса (для Si02 р = 2,7 г/см3; для Н20 ц — 0,015 П):

Радиус частиц, см 10~3 10~4 IQ"5 1(Гв Ю-7

Скорость седи-ментации, см/с 3,2 • 1(Г2 3,2 • 10~4 3,2 -10 8 3,2 • 10 8 3,2 • КГ10

Время, необходимое для оседания частиц на расстояние в

1 см 31 с 51,7 мин 86,2 ч 359 дней 100 лет

На равновесное распределение частиц в системе влияют самые незначительные толчки и сотрясения, а также неодинаковая температура в различных участках золя, что приводит к образованию в системе конвекционных потоков. Расчеты показывают, что достаточно, например, колебаний температуры на 0,001 °С в 1 ч, чтобы седиментация в высокодисперсном золе золота была полностью исключена.

Тем не менее в условиях достижения равновесного распределения частиц в системе гипсометрический закон для лиозолей соблюдается достаточно точно. Доказательством этому служит то обстоятельство, что Перрен, исходя из установленного им с помощью микроскопа равновесного распределения по высоте относительно больших частиц монодисперсной суспензии гуммигута, смог вычислить число Авогадро. Найденное таким образом значение числа Na оказалось равным 6,82-1023, что довольно близко к значению, найденному с помощью других методов Вестгрен, работая с золями золота, получил еще более точное значение числа АвогаДр0 — 6,05-1023. Интересно, что Вестгрен достигал равновесия как при седиментации вещества, так и при его диффузии со дна сосуда.

5. СЕДИМЕНТАЦИЯ И МЕТОДЫ СЕДИМЕНТАЦИОННОГО АНАЛИЗА

Наблюдение за скоростью седиментации в суспензиях, т. е. в дисперсных системах с достаточно большими частицами, обладающих практически полной кинетической неустойчивостью, позволяет сравнительно легко и удобно определять размер частиц. Применяющиеся при этом методы получили название методов се-диментационного анализа.

Рассмотрим, как оседает в жидкости отдельная частица такой суспензии.

Оседание частицы, очевидно, происходит под действием силы тяжести /, которая с учетом на потерю в весе, по закону Архимеда, составляет:

f = v (р — p0)g

где v — объем частицы; р — плотность вещества частицы; ро — плотность среды; g— ускорение свободного падения

Оседанию противодействует сила трения f:

f' = Bu

где В — коэффициент трения между частицей и средой; и — скорость седиментации частицы

Вначале частица движется ускоренно, так как при малых скоростях сила тяжести превышает силу трения. По мере увеличения скорости движения сила трения возрастает и в некоторый момент уравновешивает силу тяжести, вследствие чего частица начинает двигаться с постоянной скоростью. При стационарном режиме оседания, очевидно, должно соблюдаться равенство:

w(p-Po) g = Bu (111,38)

Применительно к сферическим частицам это уравнение принимает вид

Vsw3 (р — Ро) g = блпгм (Ш, 39)

Из уравнения (111,39) легко найти скорость седиментации частицы:

2

страница 24
< 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
курсы корел дро пермь
российские стальные радиаторы отопления
Vaillant ecoCRAFT exclusiv VK 2006/3-E
магнит с кнопкой на номер

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
(04.12.2016)