Седиментационная устойчивость

Понятие седиментационной устойчивости применимо к системам, в которых дисперсионной средой является жидкость или газ. Это свободнодисперсные системы. К ним относятся высокодисперсные системы (золи), а также средне- и грубодисперсные системы, такие, как суспензии, эмульсии, пены.

В свободнодисперсных системах частицы дисперсной фазы перемещаются по всему объему дисперсионной среды. Беспорядочное движение частиц происходит в результате соударения с молекулами дисперсионной среды, находящейся в непрерывном (тепловом) движении.

Свободное перемещение частиц по всему объему дисперсионной среды может привести к седиментации – оседанию частиц под действием гравитационного поля Земли. Всплывание частиц дисперсной фазы на поверхность дисперсионной среды (обратная седиментация) происходит в результате их вытеснения более плотной дисперсионной средой.

При седиментации гравитационным силам противодействует диффузия – процесс самопроизвольного выравнивания концентраций атомов, молекул, ионов, высокодисперсных частиц под воздействием теплового движения. По мере оседания концентрация частиц дисперсной фазы в объеме становится неодинаковой. Возникает градиент концентраций (градиент концентраций от лат. gradiens шаг). Нарастает противоположный оседанию процесс диффузии, стремящийся уменьшить градиент концентраций. В результате противоположно направленных процессов седиментации и диффузии дисперсная система способна сохранять устойчивость, если скорость диффузии больше или равна скорости седиментации (рис. 29).

Рис. 29. Седиментационно устойчивая и неустойчивая системы

Чем больше степень дисперсности, тем выше седиментационная устойчивость дисперсной системы. Экспериментально установлено и теоретически доказано, что частицы вещества находятся в непрерывном тепловом движении. Высокодисперсные или коллоидные системы с размером частиц дисперсной фазы 1 ¸ 100 нм (1 нм = 10^-9 м) обладают ничтожно малой массой, способны при соударениях с молекулами растворителя перемещаться в любых направлениях и противостоять силам гравитации.

Средне- и грубодисперсные системы (эмульсии, пены, суспензии и др.) седиментационно неустойчивы. Они имеют ограниченный срок хранения, теряют однородность в результате оседания частиц. Так происходит потеря товарного качества масляных красок, не использованных в течение гарантированного срока хранения.

Один из способов сохранения седиментационной устойчивости состоит в перемешивании дисперсной системы. Например, цементный раствор (смесь частиц цемента и песка с водой) непрерывно перемешивают в специально оборудованной вращающейся ёмкости, перевозимой автомобилем к месту строительства.