Свойства разбавленных суспензий

Отсутствие структуры в разбавленных суспензиях и наличие ее в концентрированных обусловливает резкое различие в свойствах этих систем. Остановимся на рас­смотрении свойств разбавленных суспензий.

Мы уже отмечали, что количественно разбавленные суспензии отличаются от лиозолей размерами частиц дисперсной фазы:

dcycп – 10 ⁵ 10 ² см,

dзолей – 10 ⁷ 10 ⁵ см.

К каким же качественным изменениям в свойствах это приводит? Попытаемся в этом разобраться.

ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА РАЗБАВЛЕННЫХ СУСПЕНЗИЙ

Длины волн видимой части спектра лежат в преде­лах от 4•10 ⁵ см (фиолетовый свет) до 7•10 ⁵ см (крас­ный свет). Световая волна, проходя через суспензию, может поглощаться (тогда суспензия окрашена), отра­жаться от поверхности частиц дисперсной фазы по зако­нам геометрической оптики (тогда суспензия выглядит как мутная) и только в высокодисперсных суспензиях – мутях (5•10 ⁵) может наблюдаться светорассеяние, от­клоняющееся от закона Рэлея .

В оптический микроскоп видны частицы, размер ко­торых не менее 5•10 ⁵ см, что соответствует большин­ству разбавленных суспензий.

ЭЛЕКТРОКИНЕТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

ВОДНЫХ СУСПЕНЗИЙ

Электрокинетические свойства суспензий подобны аналогичным свойствам гидрозолей и обусловлены об­разованием на поверхности частиц дисперсной фазы двойного электрического слоя и возникновением элект­рокинетического потенциала. Величина дзета – потенци­ала в суспензиях такого же порядка, что и в золях: суспензия кварца – – 44 мВ, суспензия глины – – 49 мВ, суспензия плавленого корунда (А1₂0₃) – – 20,5 мВ, золь сернистого мышьяка – – 90 мВ, золь гидроксида желе­за (III) – +52 мВ.

Измерить величину дзета – потенциала в суспензиях можно электроосмотическим способом, наблюдая за объем­ной скоростью передвижения жидкой дисперсионной сре­ды через неподвижную диафрагму, приготовленную из порошка, получившегося в результате седиментации дан­ной суспензии (обычно такую диафрагму получают цент­рифугированием суспензии).

Использование для определения дзета – потенциала ча­стиц в суспензии электрофореза, как принято в случае лиозолей, затруднено тем, что крупные частицы суспен­зий будут не столько передвигаться к электроду, сколько оседать под действием силы тяжести.

Однако в суспензиях проявляются все четыре вида электрокинетических явлений, наблюдаемых в лиофобных золях: электрофорез, электроосмос, потенциал тече­ния, потенциал седиментации.

Более того, явление электрофореза было впервые опи­сано профессором Московского университета в 1809 году Рейссом именно на примере суспензии глины, а явление электроосмоса — на примере суспензии кварца, которой являлась диафрагма из кварцевого песка.

Одна из важнейших областей применения электро­кинетических явлений – нанесение покрытий на раз­личные поверхности электрофоретическим методом. Данный метод, обеспечивающий высокую кроющую спо­собность, позволяет получать равномерные покрытия на деталях сложной конфигурации. При электрофоретическом методе нанесения покрытий одним из элект­родов служит деталь, на которой формируется покрытие, другим – емкость с суспензией,

Светорассеяние, по закону Рэлея, наблюдается для сферических, не поглощающих свет, непроводящих частиц, для которых выполняется неравенство: < 0,3, т. е. r < (2 – 4) •10 ⁶см.

дисперсная фаза, которой наносится на поверхность детали. После того как на электроде сформируется покрытие, как прави­ло, возникает электроосмос, в результате которого жид­кость выходит из слоя покрытия и оно становится бо­лее плотным.

В нашей стране успешно эксплуатируются автомати­ческие линии грунтовки кузовов автомобилей электрофоретическим методом.

МОЛЕКУЛЯРНО–КИНЕТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

РАЗБАВЛЕННЫХ СУСПЕНЗИЙ

Размеры частиц в суспензиях охватывают довольно большой интервал: от 10 ⁵ см до 10 ² см и более. Поэтому молекулярно – кинетические свойства суспензий различ­ны и определяются степенью их дисперсности.

Для суспензий, размеры частиц в которых 10 ⁵ – 10 ⁴ см, наблюдается установление диффузионно – седиментационного равновесия, которое описывается гипсометрическим зако­ном Лапласа – Перрена (см. раздел 10.1):

,

где А = , – плотность частицы; – плотность дисперсионной среды;

g – ускорение свободного падения; – концентрация частиц у дна сосуда, когда

h = 0; – концентрация частиц на высоте h от дна сосуда; V – объем частицы, для сферических частиц радиуса .

На этих суспензиях сильно сказываются конвекцион­ные тепловые потоки, которые препятствуют оседанию и установлению равновесия.

В суспензиях, размеры частиц которых лежат в преде­лах от 10 ⁴ см до 10 ² см, броуновское движение практи­чески отсутствует, в них наблюдается быстрая седимента­ция, скорость которой ( _сед) определяется уравнением:

_сед = ,

где – вязкость среды.

Если измерить _сед, то можно определить радиус ча­стицы (r):

r= .

Этот подход лежит в основе седиментационного ана­лиза суспензий и порошков. Подробное описание седиментационного анализа дано ниже.