Кинетическая и термодинамическая седиментационная устойчивость системы. Определение размеров частиц в условиях диффузионно-седиментационного равновесия. (Решение → 13493)

Заказ №38747

Кинетическая и термодинамическая седиментационная устойчивость системы. Определение размеров частиц в условиях диффузионно-седиментационного равновесия.

Ответ:

Устойчивость дисперсной системы – неизменность во времени ее основных параметров: дисперсности и равномерного распределения частиц дисперсной фазы в дисперсионной среде. Виды устойчивости дисперсных систем: 1. Агрегативная (термодинамическая) - способность частиц дисперсной фазы оказывать сопротивлению слипанию и тем самым удерживать определенную степень дисперсности (способность сохранять размер частиц дисперсной фазы). 2. Седиментационная (кинетическая) – устойчивость дисперсной фазы по отношению к силе тяжести (способность сохранять равномерное распределение частиц дисперсной фазы по объему дисперсионной среды). В свободнодисперсных разбавленных системах частицы дисперсной фазы могут свободно перемещаться по всему объёму дисперсионной среды. Для них характерна склонность к оседанию или всплыванию. Оседание называется седиментацией, а всплывание частиц – обратной седиментацией. На каждую частицу в системе действует сила тяжести (гравитационная сила): Fg  mg V фазg и подъёмная сила Архимеда: FA V ср g где m и V – масса и объем частицы; g – ускорение свободного падения; ρфаз, ρср – плотность дисперсной фазы и плотность дисперсионной среды соответственно. Эти силы постоянны и направлены в разные стороны. Равнодействующая сила, вызывающая седиментацию, равна Fсед  Fg  FA V фаз  ср g Vg  mотнg (1) где mотн – относительная масса частицы с учетом плотности среды ( mотн  m Vср ). Если ρфаз > ρср, то Fсед > 0 и частица оседает, если ρфаз < ρср, то Fсед < 0 и частица всплывает, т. е. происходит обратная седиментация, характерная прежде всего для газовых эмульсий. Так как седиментация протекает в определенной среде, то при ламинарном движении частицы возникает сопротивление – сила трения, пропорциональная скорости движения частицы: Fтр  BU (2) где В – коэффициент трения; U – скорость движения частицы. В первый момент скорость движения частицы очень мала и она движется ускоренно. С увеличением скорости при достаточно большом коэффициенте трения наступает момент, когда сила трения достигает силы, вызывающей седиментацию, и таким образом, сумма приложенных к частице сил оказывается практически равной нулю. После этого момента скорость движения частицы становится постоянной, её можно определить из уравнений (1) и (2) при условии Fсед = Fтр: Vg  BU (3)