Молекулярнокинетические свойства дисперсных систем

Молекулярнокинетические и оптические свойства дисперсных систем

Лекция 6

Унитарное предприятие, основанное на праве оперативного управления (федеральное предприятие).

Правовое положение унитарного предприятия, основанного на праве оперативного управления (федерального казенного предприятия), весьма специфично. С одной стороны, казенное предприятие создается для производства продукции (выполнения работ, оказания услуг) и, следовательно, осуществляет коммерческую деятельность. С другой, оно может осуществлять свою хозяйственную деятельность за счет бюджетных средств, выделенных казной. Таким образом, правоспособность казенного предприятия занимает промежуточное положение между правоспособностью коммерческой и некоммерческой организацией.

Унитарное предприятие, основанное на праве оперативного управления, создается по особому решению Правительства Российской Федерации на базе имущества, находящегося в федеральной собственности (п.1 ст.115 ГК). Устав казенного предприятия является его учредительным документом и утверждается Правительством (п.2 ст.115 ГК).

Руководство казенным предприятием осуществляется директором, действующем на принципах единоначалия, который назначается на должность и снимается с должности федеральным органом правительства, утвердившим его устав.

В соответствии с Законом Российская Федерация несет субсидиарную ответственность по обязательствам казенного предприятия при недостаточности его имущества. Таким образом, государство принимает на себя риски, связанные с деятельностью предприятия, и в дополнительном порядке отвечает по его долгам всем своим имуществом, на которое может быть обращено взыскание. Реорганизация и ликвидация казенных предприятий также осуществляется Правительством Российской Федерации.

Молекулярно-кинетическими называются свойства, обусловленные хаотическим тепловым движением частиц.

С точки зрения молекулярно-кинетической теории коллоидные растворы – частный случай истинных растворов. Дисперсная фаза рассматривается как растворитель. Такое допущение вполне удовлетворительно позволяет объяснить явление осмоса, диффузии, броуновского движений, седиментального равновесия. Необходимо отметить, что различия между молекулярно- кинетическими свойствами истинных и коллоидных растворов носят только количественный характер.

Броуновское движение. В 1827 г. Английский ботаник Р.Броун (1773-1858), изучая цветочную пыльцу под микроскопом, обнаружил, что ее частицы, взвешенные в воде, совершают интенсивное, беспрерывное, хаотическое движение. Вначале было высказано предположение о его связи с процессами жизнедеятельности цветочной пыльцы. Затем было обнаружено, что такое же движение совершают частицы веществ как органического, так и неорганического происхождения. Экспериментально установлено, что интенсивность хаотического движения, названного по имени первооткрывателя броуновским, зависит от размеров частиц, температуры вызывает рост скорости движения. С ростом вязкости, среды скорость движения уменьшается.

Броуновское движение присуще частицам, размеры которых:не превышают 10-⁶ м. При размерах около 4—5 мкм частицы только колеблются, при размерах меньше 4 мкм приобретают беспорядочно-поступательное движение, а при коллоидных — интенсивное зигзагообразно-поступательное движение (рис. 12.5). Коллоидная частица, находящаяся в хаотическом движении, изменяет направление движения приблизительно 10й раз за 1 с.

А. Эйнштейн (1879—1955) и польский физик М. Смолуховский {1873— 1917) в 1906—1908 гг. на основании молекулярно-кинетических представлений объяснили природу броуновского движения. Частицы дисперсной фазы испытывают в единицу времени огромное число ударов со стороны молекул дисперсионной среды, находящихся в тепловом движении. Вследствие этого частицы получают постоянно меняющийся импульс движения

По предложению А.Эйнштейна за меру, характерезующею интенсивность брауновского движения, принято среднее квадратичное проекции смещения частицы ∆Х, равное:

^Х=√ К_бtT_кПа

3πrη

где К_Б—константа Больцмана, 1,38 * 10-²³ Дж/К; t — время, с; Т — температура. К; г — радиус частицы, м; х\ — вязкость, Н-с/м2.

Соотношение (12.3), названное уравнением Эйнштейна — Смолуховского, было экспериментально подтверждено исследованиями физиков Ж. Б. Перрена (1870—1942) и Т. Сведберга (1884—1971).

Открытие и установление природы броуновского движения имело огромное научно-философское значение. Оно явилось одним 'из экспериментальных подтверждений существования атомов и молекул как реальных частиц.

Диффузия. Диффузия коллоидных растворов, как и истинных,

dm dc

------------------------------------------------------------- = -Ds —

описывается законом Фика, согласно которому dt dx

где dm — масса вещества (кг), прошедшего за время dt (с) через поверхность площадью s (м2); D— коэффициент диффузии, м2/с, dc/dx — градиент концентрации, кг-м~4.

Коэффициент диффузии сферических частиц прямо пропорционален абсолютной температуре и обратно пропорционален радиусу частицы и

вязкости среды:

D = K_бТ (12.5)

6πrη

где Т — температура, К; г — радиус диффундирующей частицы, м; т) — вязкость, Н-с/м2.

Уравнение (12.5) позволяет объяснить малую скорость диффузии коллоидных частиц. Размеры коллоидных частиц приблизительно в 100 раз больше размеров атомов, молекул и ионов низкомолекулярных веществ. Следовательно, коэффициент диффузии коллоидных частиц в соответствии с уравнением (12.5) во столько же раз меньше коэффициента диффузии частиц низкомолекулярных соединений в истинных растворах. Экспериментально определив коэффициент диффузии, с помощью уравнения (12.5) можно вычислить размеры диффундирующих частиц.

Осмотическое давление. Осмотическое давление коллоидных растворов подчиняется закону И. Вант-Гоффа:

Посм=К_БС_уТ, (12.6)

где cv — частичная концентрация, м~3; Т — температура, К. Частичная концентрация — число частиц в единице объема, определяется отношением массы дисперсной фазы тд, находящейся в объеме системы V к массе коллоидной частицы пг:

Из уравнения (12.6) следует, что осмотическое давление коллоидного раствора пропорционально числу частиц дисперсной фазы в единице объема и абсолютной температуре.

Из-за большого размера частиц дисперсной фазы и малых значений частичной концентрации осмотическое давление коллоидного раствора приблизительно в тысячу раз меньше осмотического давления истинного раствора такой же массовой доли.

Принимая, что коллоидная частица имеет шаровидную форму с радиусом г и считая, что плотность дисперсной фазы равна р, получают т=4/3 π r³p

С учетом (12.7) и (12.8) уравнение (12.6) можно преобразовать к виду

Посм= 3m_дК_бТ (12.9)

4πVr³p

Из уравнения (12.9) следует, что осмотическое давление коллоидного раствора при прочих равных условиях обратно пропорционально кубу радиуса коллоидной частицы. Установленная зависимость хорошо согласуется с экспериментом. Кроме того она позволяет объяснить, почему в отличие от истинны> растворов осмотическое давление многих золей во времену падает. Это происходит в тех случаях, когда в результате агрегации коллоидных частиц (см. раздел 12.6) их размер возрастает, а частичная концентрация соответственно уменьшается. Кроме того, ускоряется оседание частиц.

Седиментационное равновесие. Сила тяжести, под действием которой оседают частицы дисперсной фазы, с учетом закона Архимеда может быть вычислена по формуле

F_T = ⁴|₃πr³(p-p_o)g (12.10)

где Ft — сила тяжести, кг м/с; г — радиус частицы дисперсной фазы, м; р — плотность дисперсной фазы, кг/м³; р₀ — плотность дисперсионной среды, кг/м³; g — ускорение силы тяжести равное 9,8 м/с²,

В общем случае оседание частиц дисперсной фазы под действием сил разной природы (гравитационной, центростремительной, электрической) называется седиментацией (от лат. sedimenturn — оседание).

Движение частицы в вязкой среде тормозит сила трения. Как следует из закона Стокса, сила трения, действующая на сферическую частицу, пропорциональна ее радиусу г, скорости движения i3 и вязкости среды ц:

F_TP=6π r η u (12.11)

Оседание происходит с постоянной скоростью, когда сила тяжести становится равной силе трении (F_T= F_TP):

⁴|₃πr³(p-p_o)g= 6π r η u

Решая это уравнение относительно скорости, получают

2r²

U= 9η (p-p_o)g

Как следует из уравнения (12.12), скорость оседания частиц под действием силы тяжести прямо пропорциональна квадрату радиуса частицы, разности плотностей дисперсной фазы и дисперсионной среды и обратно пропорциональна вязкости. Грубо дисперсные частицы с большим значением г² оседают с заметной скоростью. Частицы коллоидной степени дисперсности под действием силы тяжести практически не оседают. Так, например время, необходимое для оседания в роде частицам кварца с радиусом 10-⁸ м на расстояние 10-² м, равняется 359 дням.

Определение скорости оседания положено в основу седгтентационного анализа, с помощью которого можно определить размеры частиц и их фракционный состав — число частиц разного размера. Седиментационный анализ широко используют для качественной оценки функционального состояния эритроцитов. Скорость оседания эритроцитов (СОЭ) значительно изменяется при различных заболеваниях и позволяет врачу делать заклю­чение о состоянии организма пациента.