Оқулық "Білім беруді дамытудың федералды институты"
жүктеу/скачать 9,08 Mb. Pdf көрінісі
|
Белик Физикалық және коллоидтық химия
| 9.1.3. Седиментациялық талдау
Дисперсиялы шӛгінділерді талдау принципі сҧйық дисперсия ортасында бӛлшектердің тҧндыру жылдамдығын жиі -жиі ӛлшеуде. Бӛлшектердің тҧндыру жылдамдығын білу, бӛлшектердің ӛлшемдері тиісті теңдеумен есептеледі. Бҧл әдіс бӛлшектердің мӛлшерін бӛлуді және олардың нақты бетінің ауданын бағалауға мҥмкіндік береді. Гравитациялық ӛрістегі дисперсиялық талдаудың шӛгінді әдісі микрогетерогенді және кейбір дисперстік жҥйелерді талдау ҥшін қолданылады. Бҧл бӛлшектердің ӛлшемдерін 10-5-тен 10-2 см-ге дейін анықтауға мҥмкіндік береді. Шӛгінділерді талдаудың қағидаларын идеалды монодисперстік жҥйе (бірдей мӛлшердегі бӛлшектерден тҧратын) мысалында қарастыруға ыңғайлы. Суспензиямен толтырылған шыны цилиндрді елестетіңіз (9.3 сурет). Егер Q —дисперстік фазаның жалпы массасы, H — цилиндрдегі суспензия бағанының бастапқы биіктігі, онда Q/H қатынасы кӛлемдегі суспензия бағанының биіктігінің бірлігіне келетін дисперстік массаны береді. Уақыттың ӛтуімен суспензияның бӛлшектері реттеледі, яғни цилиндрдің жоғарғы бӛлігінде дисперсиялық ортаның анықталған шекарасының пайда болуынан кӛрінетін тҧнба пайда болады. Қарастырылып отырған біртҧтас жҥйеде барлық бӛлшектер бірдей жылдамдықта сақталады, демек, қозғалыс жылдамдығымен бірдей жылдамдық жарықтандыру шекарасында болады. Сонымен қатар, суспензия бағанының биіктігіндегі шашыраған фазада бӛлшектердің концентрациясы тҧрақты болып қалады, сондықтан тҧнған бӛлшектердің массасы тҧрақты жылдамдықа ҧлғайтылады. 247 9.3.сурет Гравитациалық беттегі суспензия бӛлшектерінің седиментациясы Уақыт аралығындағы бӛлшектердің тҧну жылдамдығындағы u бӛлшектері, зат суспензиясының бағанының u т биігінен реттеледі, тҧнған заттың массасы келесіні: (9.18) (9.18) Теңдеуі монодисперсті жҥйеде тҧнудың кинетикасын сипаттайды. Себебі Q, H, u шамалары тҧрақты болса, монодисперсті жҥйеден алынған тҧнған бӛлшектердің массасы тҧндыру уақытына пропорционалды болады. Бҧл сызықтық байланыс 9.4, а. суретінде берілген А нҥктесі тҧндыру процесінің аяғына сәйкес келеді, яғни, кейінгі сәттерде реттелген бӛлшектердің массасы ӛзгермейді. Бҧл тҥзу сызықтың кӛлбеу бҧрышының тангенсі қондырғының жылдамдығы мен шашыраған фазаны сипаттайды. Бӛлшектер сфералық тҥрде деп есептесе, және Стокс заңы (9.16) және (9.17) формулалар арқылы сақталады және осы формулаларды пайдалана отырып сфералық бӛлшектердің радиусын есептеуге болады. 9.4 сурет Седиментация қисығы монодисперсті (a) олидисперсті (b) жүйеге Осылайша, эксперимент ретінде шӛккен тҧнба массасының уақыттан тәуелділігін анықтай отырып, суспензия бӛлшегінің мӛлшерін есептеуге болады. Монодисперсті жҥйелерден айырмашылығы, мӛлшерлері әр тҥрлі 248 9.5. Сурет. Полидисперсті жҥйенің седиментация қисығын ӛңдеу болғандықтан, бӛлшектер полидисперсті жҥйелерде әр тҥрлі жылдамдықпен тҧнбаға тҥседі. Полидисперсті жҥйелерді седиментациялық талдау мҧндай жҥйелер монодисперсті жҥйе ретінде қарастыруға болатын бірнеше фракциядан тҧрады деген ҧғымға негізделген. Полидисперсті жҥйеге седиментациялық талдау жҥргізген кезде шӛккен тҧнба массасының уақытқа тәуелділігін анықтайды, седиментация қисығы деп аталатын осы тәуелділіктің графигін тҧрғызады. Полидисперсті жҥйеге арналған нақты седиментация қисығы тегіс (сурет 9.4, б) және оған сәйкес кӛптеген шексіз аймақтар бар. Бҧл қисықтың әр нҥктесіндегі жанамалар осы шексіз кіші фракцияның седиментациясын кӛрсетеді. Седиментация қисығының кез-келген нҥктесіндегі жанаманың теңдеуі келесі тҥрде болады: m = Mi + (dm/dη)η;. (9.21) Бҧл теңдеу Оден теңдеуі деп аталады. Ол полидисперсті жҥйелердегі бӛлшектерді мӛлшері бойынша бӛлуді есептеудің графикалық әдісінің негіздемесі болып табылады. Әдіс полидисперсті жҥйенің эксперименталды седиментация қисығын (9.5 сурет) фракцияның толық тҧнбаға тҥсуінің таңдалған уақыттарына (т ь т 2 , т 3 , . . . , т max ) сәйкес келетін бӛліктерге бӛлуден тҧрады. Қисықты бҧлай бӛлуді ең ірі және ең кіші фракцияның тҧнбаға тҥсу уақытын алдын-ала анықтап алғаннан кейін жҥргізген дҧрыс. Ең ірі фракцияның тҧнбаға тҥсуіне T min , ал ең кіші фракцияның – т mах сәйкес келеді. Седиментация қисығының фракцияның тҧнбаға тҥсу уақытының аяқталу кезіне сай А, В, С, D, нҥктелерінде ордината осьінің қиылысына дейін жанамалар жҥргізеді, суспензия бӛлшектерінің фракциясының массаларына сәйкес кесінділер алады. Суспензия бағанының биіктігі мен фракцияның толық тҧнбаға тҥсу уақытын біле отырып, тҧну жылдамдығын анықтайды және әр фракция бӛлшегінің радиусын есептейді. Фракцияның орташа радиусы полидисперсті жҥйе қаншалықты кӛп фракцияға бӛлінсе, соншалықты шынайы мәнді нақтырақ кӛрсетеді. Седиментациялық талдау нәтижелері жҥйенің полидисперстілік дәрежесін сипаттайтын бӛлшектерді ӛлшемі бойынша бӛлу қисықтары тҥрінде ҧсынылады. 249 9.6. Сурет. Полидисперсті жҥйе бӛлшектерінің радиус бойынша таралуының дифференциалды қисығы Рис. 9.7. Сурет. Торзионды таразысы бар седиментометр Ең кӛрнекі әрі қолайлысы бӛлщектерді ӛлшемі бойынша бӛлудің дифференциалды қисығы болып табылады. Мҧндай қисықты тҧрғызу 9.6. суретте кӛрсетілген. Абцисса осьінде радиустың мәндерін салады; ордината осьіне массалық ҥлестердің кӛршілес фракция бӛлшектерінің радиустарының айырмашылықтарына ҧлғайту қатынасын тҥсіреді Ах/Аг г -. Сызбада әр фракция ҥшін жекелеген тіктӛртбҧрыштар (гистограмма) салып, олардың жоғарғы жақтарын тегіс қисықпен біріктіріп, полидисперсті жҥйенің бӛлшектерін ӛлшемі бойынша тарауының дифференциалды қисығын алады. Бҧл қисықта дисперсті фазаның бӛлшектерінің ӛлшемін анықтайтын ҥш нҥктені кӛрсетуге болады: минималды r min , максималды r max және ең ықтимал r pr . Ең ықтимал радиус бӛлшектердің ӛлшемі бойынша таралуының дифференциалды қисығындағы максимумге сәйкес келеді. Бӛлшектердің минималды және максималды радиустарын біле отырып, жҥйенің полидисперстілік дәрежесін r max /r min қатынасы ретінде бағалауға болады. r max r min – нан айырмасы неғҧрлым аз болса жҥйе соғҧрлым монодисперстіге жақын. Мінсіз монодисперсті жҥйе ҥшін полидиспестілік дәрежесі бірге тең. Егер бӛлшектің ең ықтимал радиусы r pr және тығыздығы р белгілі болса, онда зерттелетін ҧнтақтың нақты( ҥлес) бетін анықтауға болады: А уд = 3/(r pr р). Қорытындылай келе, седиментациялық анализ жҥргізу тәдістерінің біріне тоқталамыз. (9.7 сурет). Ең қарапайымы белгілі бір уақытқа сус пензияға батырылған ыдыстағы тҧ нба массасын ӛ лшеу бо лып табылатын Оден әдісі. Ыдыс кӛрсеткіштер і бойынша тҧ нба массасының уақытқа қатысты ӛзгер ісін жедел анықтауға бо латын сезімтал тар азымен байланыстырылған және седиментация қисығын салу қажет. Қазіргі уақытта бҧл ҥшін торзионды таразы кеңінен қолданылады (9.7 суретті қара). |