double arrow

Седиментационная устойчивость

При рассмотрении диффузии мы не принимаем во внимание влияние за много притяжения на систему. Но нужно учитывать это влияние на частицы достаточно большей массы, т.к. такие частицы под действием гравитационного поля, будут оседать или седиментировать.

Седиментация – это расслоение дисперсной системы под действием силы тяжести с отделением дисперсной фазы в виде осадка или седиментацией - называют процесс оседания (осаждения) частиц дисперсной фазы в жидкой или газообразной среде под действием силы тяжести.

В результате этого в системе установиться определенное равновесное распределение частиц по высоте либо, если частицы достаточно тяжелы, все они выпадут в осадок.

Способность дисперсной системы сохранить равновесное распределение частиц по всему объему принято называть седиментационной или кинетической устойчивостью системы.

О седиментационной устойчивости или неустойчивости имеет смысл говорить только при рассмотрении свободнодисперсных систем, когда каждая частица свободна и находится в тепловом движении. Седиментационную устойчивость называют кинетической, потому что устойчивость против оседания зависит от кинетической энергии движения частиц.

Грубодисперсные системы (например пыль) седиментационно не устойчивы и оседают,т.к. частицы их тяжелы и не могут осуществлять броуновского движения.

Высокодисперсные системы (газы, истинные растворы) – обладают высокой кинетической устойчивостью, т.к. свойственно тепловое движение и диффузия.

Коллоидные системы (аэрозоли, лиозоли, суспензии, эмульсии, пены) по устойчивости занимают промежуточное положение.

Методом рассмотрения того, как диффузия или седиментация влияет на кинетическую устойчивость системы, является сравнение

диффузионного потока, с противонаправленным ему

седиментационным потоком.

Потоком седиментации называют количество вещества, которое под действием силы тяжести проходит через площадку в 1 в направлении перпендикулярном ей.

1, 2,

где

υ – скорость седиментации

С – концентрация

- эффективная масса частицы

– ускорение свободного падения

В- коэффициент трения м/д коллоидной частицей и дисперсионной средой.

Разделив уравнение 2 на 1 и приняв во внимание, что

(уравнение Эйнштейна), получим:

3,

где V – объем частицы, - плотность дисперсной фазы и дисперсионной среды.

При - можно принимать во внимание только седиментацию

При - только диффузию,

При - т.е. когда необходимо учитывать оба процесса.

Далее, из уравнения 3 вытекает так же, что если рассматривать устойчивость системы, в которой дисперсная фаза равномерно распределена по объему (например, в результате предварительного перемешивания), то в первое время преобладает седиментация, т.к. вначале =0. Но со временем равномерное распределение вещества в системе нарушается и производная dc/ dx возрастает. Массоперенос будет продолжаться до тех пор, пока поток ig не станет равным ic, т.е. пока не будет соблюдено условие ic / ig =1, и в системе установиться равновесие.

Тогда, учитывая что градиент концентрации изменяется по высоте, и заменяя Х на h,можно написать это уравнение 3 в виде:

или 4

Интегрируя от до и соответственно от 0 до h получим:

5 или =exp()

Если в уравнении 5 величину С заменить пропорциональной ей величиной давления p, то получим

6 - это так называемое гипсометрическое


Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:  



Сейчас читают про: