Седиментационное равновесие

Седиментация – осаждение частиц под действием силы тяжести. Частицы в дисперсных системах находятся под действием двух сил: силы тяжести и силы диффузии. Оценить седиментационную или кинетическую устойчивость дисперсной системы можно, сравнивая диффузионный поток J_D и противодействующий ему поток седиментации J_S.

Рис. 8.1. Соотношение между потоком диффузии JD и потоком седиментации JS в системе

Поток седиментации (JS) – количество вещества, которое под действие силы тяжести проходит через площадку в 1 см2 в направлении перпендикулярном ей. От соотношения потоков диффузии и седиментации зависит устойчивость дисперсной системы (рис. 8.1).

Если , то система будет являться седиментационно или кинетически устойчивой. К таким системам относятся системы молекулярного уровня.

Если , то система будет являться седиментационно или кинетически неустойчивой. К таким системам относятся грубодисперсные системы.

В высокодисперсных системах (коллоидных) частицы в равной степени подвержены диффузии и седиментации. В таких системах устанавливается седиментационно-диффузионное равновесие и наблюдается определенное распределение частиц по высоте.

Для любой дисперсной системы можно найти высоту h, на которой концентрация частиц уменьшилась в соответствующее число раз по гипсометрическому (от лат «hypsos» - высота) закону Лапласа:

. (8.9)

Уравнение Лапласа строго выполняется только для монодисперсных систем. В случае полидисперсных систем картина распределения частиц по высоте гораздо более сложная.

Несмотря на то, что для золей согласно гипсометрическому закону, концентрация должна уменьшаться очень быстро с высотой, часто дисперсные системы имеют одну и ту же концентрацию по всей высоте столба. Особенно это характерно для высокодисперсных золей. Такое явление объясняется тем, что с уменьшением размера частиц сила тяжести, обуславливающая оседание, уменьшается гораздо быстрее, чем сила трения.