Теория быстрой коагуляцииСмолуховского

Быстрая коагуляция подразумевает, что любое соударение частиц дисп. фазы явл.результативными(они слипаются)-Наподобие цепного радикального процесса

Любые теории медленной коагуляции могут быть выведены из теории Смолуховского, если ввести дополнит.вероятностирезульт.соударения.

28.Получение дисперсных систем дроблением. Эффект адсорбционного понижения прочности. Его объяснение.

Дисперсные системы получают путем диспергирования (диспергационный метод) или конденсации (конденсационный метод). В первом случае твердые и жидкие вещества тонко измельчают в соответствующей дисперсионной среде, во втором – вызывают образование частиц дисперсной фазы из отдельных молекул или ионов. Необходимым условием получения лиофобной дисперсной системы является нерастворимость или очень малая растворимость вещества дисперсной фазы в дисперсионной среде и наличие в среде веществ, способных стабилизировать частицы дисперсной фазы – стабилизаторов. Этот метод объединяет, прежде всего, механические способы измельчения дисперсной фазы (механическое диспергирование), в которых преодоление межмолекулярных сил и накопление свободной поверхностной энергии в процессе диспергирования происходит за счет внешней механической работы над системой. В результате твердые тела раздавливаются, истираются, дробятся или расщепляются.

В лабораторных и промышленных условиях рассматриваемые процессы проводят в дробилках, жерновах и мельницах различной конструкции. Наиболее распространены шаровые мельницы, представляющие собой полые вращающиеся цилиндры, в которые загружают измельчаемый материал и стальные или керамические шары. При вращении цилиндра шары перекатываются, истирая и дробя материал. В шаровых мельницах получают системы, размеры частиц которых находятся в довольно широких пределах – от 2-3 до 50-70 мкм.Более тонкого диспергирования добиваются в коллоидных мельницах различных конструкций, принцип действия которых основан на развитии разрывающих усилий в суспензии или эмульсии под действием центробежной силы в узком зазоре между вращающимся с большой скоростью ротором и неподвижной частью устройства – статором. Взвешенные крупные частицы испытывают при этом значительное разрывающее усилие и таким образом диспергируются.Высокой дисперсности можно достичь ультразвуковым диспергированием. Диспергирующее действие ультразвука связано с кавитацией – образованием и захлопыванием полости в жидкости. Захлопывание полостей сопровождается появлением кавитационных ударных волн, которые и разрушают материал. Ультразвуковое диспергирование применимо и является эффективным только при измельчении малопрочных материалов (графит, сера, каучук, желатин).Возможно также электрическое диспергирование, основанное на образовании вольтовой дуги между электродами из распыляемого металла, помещенными в охлаждаемую дисперсионную среду. При температуре вольтовой дуги металлы испаряются, а затем конденсируются в холодной среде. Таким способом получают в основном коллоидные растворы металлов, например, серебра, золота, платины. При дроблении и измельчении материалы разрушаются, в первую очередь, в местах прочностных дефектов (макро- и микротрещин). Поэтому по мере измельчения прочность частиц возрастает, что обычно используют для создания более прочных материалов. В то же время увеличение прочности материалов по мере их измельчения ведет к большому расходу энергии на дальнейшее диспергирование. Разрушение материалов может быть облегчено при использовании эффекта Ребиндера –адсорбционного понижения прочности твердых тел. Этот эффект заключается в уменьшении поверхностной энергии с помощью поверхностно-активных веществ (ПАВ), в результате чего облегчается деформирование и разрушение твердого тела. Для понизителей твердости характерны малые количества, вызывающие эффект Ребиндера и специфичность действия. Добавки, смачивающие материал, помогают проникнуть среде в места дефектов и с помощью капиллярных сил также облегчают разрушение твердого тела. ПАВ не только способствуют разрушению материала, но и стабилизируют дисперсное состояние, так как, покрывая поверхность частиц, они тем самым препятствуют обратному их слипанию.Отдельно в диспергационном методе выделяют получение лиофобных золей пептизацией осадка. Этот способ заключается в переводе свежеприготовленных рыхлых осадков в коллоидное состояние под действием пептизаторов (электролитов, коллоидных ПАВ), восстанавливающих на поверхности частиц дисперсной фазы стабилизирующие структуры, определяющие их устойчивость. Пептизация применима только для свежеприготовленных осадков, так как при хранении происходят процессы рекристаллизации и старения, приводящие к сращиванию частиц друг с другом.Диспергационным методом достичь высокой дисперсности, как правило, не удается. Поэтому коллоидные системы с частицами размером от 1 до 100 нм получают конденсационным методом.

30.Молекулярно-кинетические свойства дисперсных систем. Коллоидныесистемыобладаютмолекулярно-кинетическими свойствами, к которым относятся диффузия, броуновскоедвижение и осмос.

Броуновскоедвижение – это непрерывное беспорядочное движение частиц микроскопических и коллоидных размеров, не затухающие во времени. Это движение тем интенсивнее, чем выше температура и чем меньше масса частицы и вязкость дисперсионной среды.В общих чертах явление броуновского движения можно представить следующим образом. Если частица мала, то число одновременно получаемых ею ударов со стороны молекул среды не слишком велико и возникает вероятность неравномерного распределения импульсов, получаемых частицей с разных сторон..

Диффузией называется самопроизвольный процесс выравнивания концентрации молекул, ионов или коллоидных частиц под влиянием их теплового движения. Процесс диффузии идет самопроизвольно, поскольку он сопровождается увеличением энтропии системы..Процесс диффузии является необратимым, он протекает до полного выравнивания концентрации, так как хаотическое распределение частиц отвечает максимальной энтропии системы. Возвращение системы в первоначальное состояние возможно только в результате внешних воздействий. Осмос – это односторонняя диффузия молекул растворителя через полупроницаемую мембрану при условии разности концентраций раствора по обе стороны мембраны. При разделении двух растворов различной концентрации или раствора и чистого растворителя полупроницаемой перегородкой (мембраной) возникает поток растворителя от меньшей концентрации вещества к большей, что приводит к выравниванию концентраций. Возникновение потока обусловлено тем, что число ударов молекул растворителя о мембрану со стороны более разбавленного раствора (или чистого растворителя) будет больше, чем со стороны более концентрированного раствора. Это избыточное число ударов и является причиной перемещения растворителя через поры мембраны туда, где молекул меньше. Подобное объяснение является кинетическойтрактовкойпричиныосмоса.

31.Броуновское движение и седиминтация.Седиминтационно-диффузионное равновесие в дисперсных системах. Если частицы дисперсной фазы достаточно малы, как это имеет место в (коллоидных) системах, то обнаруживается их участие в тепловом движении. Оно проявляется в виде непрерывного самопроизвольного хаотического перемещения частиц, иначе называемого броуновским движением. Броуновское движение наблюдается в системах с жидкой и газовой средой, где оно является причиной диффузии.Причиной броуновского движения является то, что молекулы среды (жидкости или газа) сталкиваются с частицей дисперсной фазы, в результате чего она испытывает огромное число одновременных ударов со всех сторон.Броуновское движение является главной движущей силой перемещения коллоидных частиц при диффузии.

Седиментация это направленное движение частиц (оседание или всплывание) в поле действия гравитационных или центробежных сил. Скорость седиментации зависит от массы, размера и формы частиц, вязкости и плотности среды, а также от ускорения силы тяжести и действующих на частицы центробежных сил. В гравитационном поле седиментируют частицы грубодисперсных систем, в поле центробежных сил возможны седиментация коллоидных частиц и макромолекул высокомолекулярных веществ. Седиментации противостоит диффузия стремление к равномерному распределению частиц по высоте вследствие броуновского движения. Если между этими процессами устанавливаетсяседиментационно-диффузиониоеравновесие, то это означает, что дисперсная система сохраняетседиментационнуюустойчивость.Системы с газовой дисперсионной средой – аэрозоли, пыли, туманы, - являются в высокой степени седиментационно неустойчивыми из-замалой плотности и вязкости воздушной среды. Наоборот, системы с твёрдой средой, обладающей бесконечно большой вязкостью, являются совершенно устойчивыми седиментационно, так как оседание и вообще любое перемещение частиц дисперсной фазы в них отсутствует.