Оқулық "Білім беруді дамытудың федералды институты"
Седиментациялық-диффузиялық тепе-теңдік
жүктеу/скачать 9,08 Mb. Pdf көрінісі
|
Белик Физикалық және коллоидтық химия
| Седиментациялық-диффузиялық тепе-теңдік
Дисперсті фаза бӛлшектерінің седиментациясын қарастырғанда диффузия ескерілмеді, бірақ ол бӛлшектердің тҧнбаға тҥсуін тежеуі мҥмкін екені анық. Зольдардағы диффузияны талқылаған кезде (8.1.1 бӛлімді қара) гравитациялық ӛрістің әсері ескерілмеді. Диффузияны дисперстік жҥйе бӛлшектердің статикалық жиынтығы болған жағдайда ғана ескерген жӛн. Бір бӛлшекке гравитациялық ӛріс әсер етеді, ал оның жылу қозғалысы барлық бағытта бірдей мҥмкін. Нәтижесінде, кез-келген, тіпті ең кіші ӛлшемді бір бӛлшектің ыдыстың жоғары жағында емес тҥбінде болу ықтималдығы жоғары. Бӛлшектердің статикалық жиынтығы болған жағдайда тҧнбаға тҥсу олардың ішінара концентрациясының v жоғарғы қабаттарда азаюына және тӛменгі қабаттарда концентрациясының кӛбеюіне, яғни, биіктік бойынша концентрацияның градиентінің dv/dh пайда болуына әкеледі. Фиктың бірінші заңына сәйкес концентрация градиенті диффузиялық ағын(тӛменнен жоғарыға қарай) тудырады, оны келесідей кӛрсетуге болады: (9.22) Седиментациялық ағын тӛменнен жоғары бағытталған және тең. Седиментация кезіндегі бӛлшектің қозғалыс жылдамдығы ауырлық кҥші мен ҥйкеліс кҥші арасындағы тепе-теңдікке жету кезінде қалыптасқан ағын ҥшін тҧрақты болып қабылданады. Диффузия мен седиментация ағындары арасындағы сандық қатынасты (9.23) теңдікті (9.22) теңдікке бӛлу арқылы алуға болады: (9.24) (9.24) қатынастан дисперстік жҥйелердегі бӛлшектердің ӛзін – ӛзі ҧстау сипаты олардың ӛлшемі мен бӛлшек және орта тығыздығының айырмашылығымен анықталатыны кӛрінеді. Бҧл айырмашылық неғҧрлым кӛп болса, седиментацияның бӛлшшектердің жылу қозғалысына әсері соғҧрлым маңыздырақ. Бҧдан басқа бӛлшек ӛлшемінің ҧлғаюына байланысты седиментация ағыны жылдам ӛседі, және диффузиялық ағын тӛмендейді. Егер ультрамикрогетерогенді жҥйелерге тән I диф » / сед , , онда седиментацияны ескермеуге болады. Егер микрогетерогенді жҥйелерде байқалатын I диф «I сед , онда диффузияны ескермеуге болады. Золдарда белгілі бір уақыттан кейін (кейде ӛте ҧзақ) диффузиялық ағын седиментацилық ағынға теңесетін сәт тууы мҥмкін г ди ф = / сед , яғни, седиментация – диффузиялық тепе- теңдік туындайды. Ағындар тең болған кезде жҥйеде дисперсті фазаның биіктік бойынша сәйкесінше тарауы орын алуы қажет. (9.22) және (9.23) теңдіктердің оң жақтарын теңестіре 251 (9.26) (9.28) отырып, осы таралудың заңын аламыз: (9.25) Айнымалыларды бӛліп, v 0 - ден v h және сәйкесінше h = 0 ден h шекте интегралдап, келесіні аламыз: Уравнение (9.26) теңдеу Лаплас теңдеуі болып табылады және гипсметриялық заң деп аталады. Егер диффузия болған жіне болмаған кездегі седиментацияны салыстырса, онда дисперстік жҥйелердің тҧнбаға тҥсуге тҧрақтылығын – седиментациялық тҧрақтылықты қамтамасыз ететін факторлардың айырмашылығына назар аудару қажет. Бҧл факторлар кинетикалық және термодинамикалық седиментациялық тҧрақтылықты ажыратуға мҥмкіндік береді. Кинетикалық седиментациялық тҧрақтылық ӛлшемі седиментация тҧрақтысына кері шама болып табылады: (9 27) Бҧл жердегі (р - р 0 ) — бӛлшек пен ортаның тығыздығының айырмасы; r — бӛлшек радиусы; п — дисперсті орта тҧтқырлығы. Кинетикалық седиментациялық тҧрақтылық гидродинамикалық факторлармен: тҧтқырлық және дисперсті ортаның тығыздығымен, бӛлшектердің тығыздығы мен ӛлшемімен қамтамасыз етіледі. Термодинамикалық седиментациялық тҧрақтылық диффузияның статистикалық заңдарына байланысты және седиментациялық – диффузиялық тепе – теңдікпен тікелей байланысты. Термодинамикалық седиментациялық тҧрақтылықтың ӛлщемі гипсометриялық биіктік болып табылады. Оны дисперсті фаза концентрациясы е рет ӛзгеретін h e биіктігі кӛрсетеді. (9.26) теңдеуден мынаны аламыз (9.28) формула бӛлшектердің ӛлшемі және бӛлшектер мен ортаның тығыздықтары арасындағы айырмасы неғҧрлым аз болса, гипсометриялық биіктік пен сәйкесінше термодинамикалық седиментациялық тҧрақтылық кӛп болатынын кӛрсетеді. Ортаның тҧтқырлығы термодинамикалық седиментациялық тҧрақтылыққа әсер етпейді, сонымен қоса, бӛлшектердің 252 жылу қозғалысы кҥшейетіндіктен, температураның жоғарылауы тҧрақтылыққа ықпал етеді. Кинетикалық седиментациялық тҧрақтылық әдетте температура жоғарылаған сайын орта тҧтқырлығының азаюына байланысты тӛмендейді. жүктеу/скачать 9,08 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|