Н. Каразина С. В
жүктеу/скачать 1,02 Mb.
|
Физическая и коллоидная химия. Часть II. Коллоидная химия ( PDFDrive )
- Бұл бет үшін навигация:
- 9/[2( 0 ) g ].
| СЕДИМЕНТАЦИЯ. СЕДИМЕНТАЦИОННЫЙ АНАЛИЗ
Седиментацией (от лат. sedimentum – осадок) называют процесс осе- дания частиц дисперсной фазы в жидкой или газообразной среде под действием силы тяжести. Всплывание частиц (например, капель в эмуль- сиях) носит название обратной седиментации. Скорость оседания частиц не зависит от их природы, а определяется размером частиц, разностью плотностей частиц и среды 0 и вязко- стью среды . Скорость оседания сферических частиц с радиусом r рав- на 2g( 0 )r2 , 9(10.11)
где g – ускорение силы тяжести. Если частицы легче среды (например, капли масла в эмульсиях), то разность ( 0 ) имеет знак минус и, со- гласно тому же закону, частицы всплывают, а не оседают. Измерив ско- рость оседания частиц, можно по уравнению (10.11) вычислить радиус частиц. На этом основан седиментационный анализ размеров грубодис- персных частиц в порошках, суспензиях, эмульсиях, различных взвесях и т.д. Размер (радиус) частиц вычисляют по формуле
где K 9/[2( 0)g].r K (10.12)
Для частиц произвольной формы уравнение (10.12) дает эквивалент- ный радиус r (радиус сферической частицы, оседающей с той же скоро- стью). Из уравнений (10.11) и (10.12) следует, что на скорость оседания частиц можно влиять, изменяя плотность и вязкость среды. Способность к седиментации часто выражают через константу седиментации, величина которой определяется как отношение скорости оседания к ускорению свободного падения g Sсед . g(10.13)
Единицей измерения константы седиментации является сведберг (1 Сб=10–13 с). Константа седиментации, как и скорость оседания, зависит от размеров частиц, их плотности и плотности среды, температуры. Величина, обратная константе седиментации, является мерой кине- тической устойчивости дисперсной системы 1/ Sсед g / . (10.14) В реальных системах частицы обычно неоднородны по размерам. В задачу седиментационного анализа входит определение распределения частиц по размерам, то есть относительного содержания различных фракций в полидисперсной системе. Фракцией называют совокупность частиц, имеющих размеры, лежащие в определенных интервалах, напри- мер фракция 1-5 мкм, фракция 6-10 мкм и т.д. Определение дисперсного состава суспензий, порошков, аэрозолей и других микрогетерогенных систем основано на разнообразных седимен- тометрических методах дисперсионного анализа. К ним относят: отмучи- вание – разделение суспензии на фракции путем многократного отстаи- вания и сливания; измерение плотности столба суспензии, изменяющейся вследствие седиментации частиц суспензии; пофракционное (дробное) оседание; метод отбора массовых проб – один из наиболее достоверных; накопление осадка на чашке весов; электрофотоседиментометрия, осно- ванная на изменении интенсивности пучка света, проходящего через столб суспензии, о чем судят по измерениям оптической плотности; седи- ментометрия в поле центробежных сил, основанная на применении цен- трифуг. В целом методы седиментометрии охватывают диапазон дисперс- ности от 10–8 до 10–4 м, включающий коллоидные, микрогетерогенные и некоторые грубодисперсные системы. Для успешного проведения седиментометрического анализа должно выполняться условие независимого движения каждой частицы. Этого дос- тигают, применяя разбавленные системы, а в некоторых случаях добав- ляя стабилизаторы, препятствующие слипанию частиц. Известны и применяются в практике различные приборы – седимен- тометры. Например, ряд приборов позволяет проводить анализ по методу накопления осадка на чашечке весов (метод предложен Оденом). Прин- цип метода состоит в том, что через определенные интервалы времени взвешивают чашку, опущенную в суспензию, и по нарастанию ее массы судят о соотношении различных фракций в суспензии. Широкое применение для взвешивания чашки с осадком получили торсионные весы. Проведение седиментометрического анализа основано на том, что по мере оседания частиц их масса на чашке увеличивается вначале быстро, так как прежде всего оседают наиболее тяжелые части- цы, затем все медленнее. При этом каждая фракция считается монодис- персной. По данным взвешивания осадка получают кривую седиментации, ко- торая выражает зависимость количества осадка q от времени осаждения
дания суспензии 1, которое в свою очередь, дает возможность найти скорость оседания частиц h 1 , где h – высота столба суспензии над чашкой весов. С помощью уравнения (10.12) можно определить размер частиц суспезии. Для бидисперсной системы седиментационная кривая имеет более сложный вид (рис. 10.2, б). Можно представить себе, что частицы каждой из двух фракций, выпадающие с постоянной скоростью, дают две прямых OA и OB , с различными угловыми коэффициентами, в соответствии с размерами частиц и концентрацией каждой фракции. Однако при совме- стном оседании обеих фракций мы наблюдаем не эти прямые в отдельно- сти, а суммарную линию седиментации, тангенс угла наклона которой к оси абсцисс является суммой тангенсов углов наклона обеих прямых ( OA и OB ). В момент полного выпадения фракции, состоящей из частиц больших размеров, эта суммарная линия получает излом (в точке жүктеу/скачать 1,02 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|