Коллоидтық жүйелердің молекулалық - кинетикалық қасиеттері

СОӨ Ж №2

Коллоидтық жү йелердің молекулалық - кинетикалық қ асиеттері

Диффузия коэффициентін, орташа квадраттық ығ ысуды анық тау

Микрогетерогенді жү йелерде (суспензия, эмульсия, газдық эмульсиялар, аэрозольдер) массаларының ү лкен болуына байланысты бө лшектер жылулық (броундық ) қ озғ алысқ а қ атыса алмайды, тұ ну – седиментация немесе кері процесс – бө лшектердің қ алқ ып шығ уы байқ алады. Егер бө лшектер ағ ынының қ озғ алыстағ ы ламинарлы жә не Стокс заң ына бағ ынса, гравитациялық ө рісте бө лшектердің тұ ну (қ алқ ып шығ у) жылдамдығ ы келесі қ атынаспен беріледі.

мұ ндағ ы: В – ү йкеліс коэффициенті; u – бө лшек кө лемі; g – еркін тү су ү деуі; r жә не – бө лшек пен дисперстік орта тығ ыздығ ы.

Сфералық бө лшектер ү шін тең деу келесі тү рге келеді:

мұ ндағ ы: r – бө лшек радиусы; h – дисперстік орта тұ тқ ырлығ ы.

Жү йенің седиментациялануғ а қ абілеттігі седиментация константасымен анық талады:

Мұ ндағ ы: – бө лшектің салыстырмалы массасы (орта тығ ыздық ты ескергенде; )

Сфералық бө лшектер ү шін:

Центрден тепкіш ө рісте седиментацияланғ ан бө лшектердің жолы х уақ ыт t – мен бірге экспонента бойымен ө седі (центрифуганың айналу саны тұ рақ ты болғ анда).

Бө лшектер сфералық болса, онда

;

мұ ндағ ы: – айналу орталығ ынан бө лшектің бастапқ ы ара қ ашық тағ ы; w – центрифуга роторының бұ рыштық айналу жылдамдығ ы.

Жоғ арыдағ ы қ атынастар ә р тү рлі материалдардың дисперстігінің седиментациялық анализінде қ олданылады.

Ультромикрогетерогенді жү йелер (зольдер) бө лшектері жылулық қ озғ алысқ а қ атысады, олар молекула – кинетикалық заң дарғ а бағ ынады.

Бө лшектердің орташа ығ ысуы мен диффузия коэффициентінің арасындағ ы байланысты Эйнштейн – Смолуховский заң ы кө рсетеді:

мұ ндағ ы: t – қ озғ алыстағ ы бө лшектердің ара қ ашық тығ ын ө лшеу моменттері арасындағ ы уақ ыт.

Зольдерге диффузия коэффициентіне арналғ ан Эйнштейн тең деуі қ олданылады. Егер сфералық бө лшектер болса,

Лиозольдер ү шін Вант – Гоффтың осмостық заң ы орындалады (ә детте, ерітіндіге қ атысты):

мұ ндағ ы: p – осмостық қ ысым; n – зольдің кө лем бірлігіндегі бө шектер саны, бө лшектік концентрация.

Аэрозольдер Клайперон – Менделеевтің газдық заң ын пайдалануғ а болады:

мұ ндағ ы: п – аэрозольдегі бө лшектер саны.

Ультромикрогетерогенді жү йелер тұ нғ анда седиментацияғ а кері бағ ытта бө лшектердің диффузиясының қ озғ аушы кү ші болып табылатын концентрациялар градиенті туады.

Диффузиялық жә не седиментациялық ағ ындар тең ескенде, диффузия – седиментациялық тепе – тең дік орнайды.

h биіктігінде бө лшектің концентрациясы

мұ ндағ ы: биіктігінде бө лшектер концентрациясы.

Седиментациялық термодинамикалық тұ рақ тылық ө лшемі – биіктігі бойында дисперстік фаза концентрациясы е есе ө згереді:

неғ ұ рлым ү лкен болса, соғ ұ рлым жү йе седиментацияғ а термодинамикалық тұ рақ ты болады. Температура ө скен сайын, бө лшектер размері, орта мен дисперстік фаза тығ ыздық тары азайғ ан сайын тұ рақ тылық ө згереді.

Седиментацияғ а кинетикалық тұ рақ тылық ө лшемі седиментация константасына кері шама:

Кинетикалық тұ рақ тылық ты тұ тқ ырлық, орта тығ ыздығ ы, бө лшектердің тығ ыздығ ы мен размерін ө згерту арқ ылы реттеп отыруғ а болады.

Мысал №1. ішінде гидрозоль бө лшектерінің орташа квадраттық ығ ысуы мен диффузиялық коэффициентін анық таң ыз. Бө лшектердің радиусы , тә жірибелік температура 293К, орта тұ тқ ырлығ ы

Шығ арылуы: Эйнштейн – Смолуховский заң ын пайдаланамыз:

Диффузиялық коэффициентін Эйнштейн тең деуі бойынша табамыз:

Мысал №2. 293К – де диффузиялық – седиментация тепе – тең дік орнағ анда биіктікте алтын гидрозолі бө лшектерінің концентрациясы е есе ө згереді, бө лшектердің радиусын табың ыз. Алтын тығ ыздығ ы , су тығ ыздығ ы .

Шығ арылуы: Диффузиялық – седиментация тепе – тең дік орнағ анда бө лшектің биіктік бойынша тартылуы гипсометрлік тең деумен ө рнектеледі:

мұ ндағ ы: – бө лшек кө лемі, сфералық бө лшектер ү шін . Есеп шарты бойынша жә не . Олай болса,

Мысал №3. 30% – тік гидрозолінің 293К температурадағ ы осмостық қ ысымын есептең із. Бө лшектің меншікті беті . Гидрозоль бө лшектерінің тығ ыздығ ы , орта тығ ыздығ ы .