Лекция. Коллоидты жүйелердің молекулалы кинетикалық қасиеттері
жүктеу/скачать 151,53 Kb.
|
Лекция-1695110412536 2
- Бұл бет үшін навигация:
- Дисперсті жүйелердің cедиментациялық-диффузиялық тепе-теңдігі
- Өзін-өзі бақылауға арналған сұрақтар
| Диффузия
Диффузия дегеніміз жүйе көлеміндегі әр компоненттің химиялық потенциалын, яғни концентрациясын теңестіру бағытында өздігінен жүретін үрдіс. Диффузия жылдамдығы Фик заңымен анықталады: , (4.10) мұндағы dm/dt – х бағытында диффузияланатын заттың массасы; S – көлденең қима ауданы; D – диффузия коэффициенті; dn/dx – бөлшектік концентрацияның градиенті. Бөлшектің орташа қозғалу жылдамдығы Стокс заңы бойынша . (4.11) Стокс заңын қолдана отырып, Эйнштейн теориясы бойынша, бөлшектің диффузиялану коэффициентін анықтауға болады: , (4.12) мұндағы N - Авогадро саны; R – универсал газ тұрақтысы; π –тұрақты (3,14…); T – температура; r – бөлшектің радиусы; η – ортаның тұтқырлығы. Эйнштейн теңдеуі арқылы есептелген диффузия коэффициенттері молекулалар (иондар) үшін D≈10-5см2/с, ал коллоидтық бөлшектер үшін D≈10-7÷10-9см2/с болады. Сонымен қатар Эйнштейн теңдеуі арқылы орташа жылжу мен диффузия коэффициентінің байланысын анықтауға болады: (4.13) мұндағы D - диффузия коэффициенті; t – жылжу уақыты. Бөлшектердің үлкен массасы мен өлшемдеріне байланысты коллоидтық ерітінділерде диффузия баяу жүреді. Дегенімен, коллоидтық ерітінділердегі диффузияны өлшеуге, демек, дисперстік бөлшектердің өлшемдерін есептеуге болады. Дисперсті жүйелердің cедиментациялық-диффузиялық тепе-теңдігі Монодисперсті жүйедегі седиментациялық-диффузиялық тепе-теңдіктің пайда болуын қарастырайық. Мұндай дисперсті жүйе ретінде тығыздығы ρd және радиусы r қатты сфералық бөлшектері бар суспензияны алайық. Суспензиядағы бөлшектердің концентрациясын ν0 деп қабылдайық. Араластыру тоқтатылғанда, седиментация процесі басталып, бөлшектердің тепе-теңдікті таралуы бұзылады. Дисперсті жүйенің төменгі жағындағы бөлшектердің концентрациясы νт бастапқыдан (ν0) үлкен болады (νт > ν0). Осының салдарынан жоғарғы жағында бөлшектік концентрация (νж) азаяды (νж < ν0). Яғни бөлшектердің тепе-теңдікті таралуының бұзылу нәтижесінде бөлшектік концентрация вертикал х осінің бойымен өзгереді. Седиментация барысында концентрациялардың айырымы ∆ν=νт - νж өсе береді. Концентрациялар айырымының әсерінен төменнен жоғарыға қарай, яғни седиментацияға қарама-қарсы бағытталған диффузиялық ағыс (іd) пайда болады. Бұл ағыстың шамасы (4.14) теңдеуімен анықталады. Мұндағы D – диффузия коэффициенті; х – вертикал координата. Седиментация барысында бөлшектің концентрация градиенті өсіп, диффузиялық ағыс күшейеді. Седиментациялық ағыс is = υν формуласымен есептеледі, мұндағы υ – бөлшектердің седиментация жылдамдығы; ν – бөлшектік концентрация. Бір біріне қарсы ағыстар теңескенде id=is дисперсті жүйеде седиментация мен диффузия арасында динамикалық тепе-теңдік пен әр деңгейде уақытқа байланысты өзгермейтін бөлшектердің стационарлы концентрациясы орнатылады. Жоғары дисперсті жүйедегі бөлшектердің х вертикал осі бойынша таралуын id=is шартынан алуға болады: . (4.15) Яғни диффузия нәтижесінде дисперстік фаза толық шөкпейді. Дисперстік фазаның негізгі бөлігі дисперсиялық ортада қалып, дисперсті жүйе ұзақ уақытқа дейін «өмір сүреді». Седиментациялық-диффузиялық тепе-теңдіктің айқын мысалы ретінде 1857 ж. М. Фарадей дайындаған бөлшектері 10 нм құрайтын алтынның коллоидтық ерітінділерін алуға болады. Бұл ерітінділер қазіргі уақытқа дейін сақталған: алтынның үлкен тығыздығына қарамастан дисперстік бөлшектер тұнбаға түспеген. Седиментациялық-диффузиялық тепе-теңдік тағы бір жағынан қызығушылық туғызады. Жоғарыдағы теңдеудің көмегімен бөлшектік концентрация мен х биіктік арасындағы эксперименттік тәуелділіктен Больцман тұрақтысы мен Авогадро санын есептеуге болады. Мұндай тәжірибелерді франциялық физик Ж.Перрен гуммигут суспензиялары үшін 1908 ж. жүргізген. Перрен әдісімен анықталған Авогадро саны өзінің белгілі мәніне жақын болып, Перрен осы жұмысы үшін физика саласында Нобель сыйлығына (1926 ж.) ие болды. Өзін-өзі бақылауға арналған сұрақтар Дисперсті жүйелерде броундық қозғалыс қалай жүреді? Дисперсті жүйелердегі осмостық қысымның ерекшелігі неде? Дисперсті жүйелердегі диффузияның ерекшелігі неде? Седиментация үрдісін сипаттаңыз. Дисперстік бөлшектің шөгу жылдамдығының теңдеуін жазып, оның орындалу шарттарын атаңыз. Дисперсті жүйенің седиментациялық-диффузиялық тепе-теңдігін сипаттаңыз жүктеу/скачать 151,53 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|