Молекулярно-кинетические свойства дисперсных систем

 

Молекулярно-кинетические свойства дисперсных систем связаны с хаотическим движением частиц дисперсной фазы. К ним относятся: броуновское движение, диффузия, осмотическое давление, седиментация.

В качестве характеристики беспорядочного движения частиц был принят средний сдвиг частицы за время t. Это длина отрезка прямой, который соединяет начальную точку движения частицы с ее положением в конечный момент времени, в плоскости горизонтальной проекции, наблюдаемой в микроскоп.

Хаотическое движение частицы охватывает определенный объем пространства, возрастающий во времени. В горизонтальной проекции это соответствует возрастающей площади, пропорциональной квадрату среднего сдвига . Эта усредненная величина может быть вычислена на основании статистических законов. В соответствии с теорией Эйнштейна для сферической частицы радиуса r:

, (2.7.15)

где η – вязкость среды, Па∙с.

Выражение для коэффициента диффузии:

(2.7.16)

.

Диффузия в коллоидных системах протекает несравненно медленнее по сравнению с истинными растворами, так как велики размеры частиц.

В коллоидных растворах коэффициент диффузии связан со средним сдвигом:

. (2.7.17)

Седиментация – это свободное оседание частиц в вязкой среде под действием гравитации. Седиментируют достаточно крупные частицы размером более 10^-6м.

Если частицы имеют сферическую форму, то на основании баланса силы сопротивления вязкой среды (закон Стокса), силы тяжести и выталкивающей силы можно получить формулу для скорости оседания частиц:

, (2.7.18)

где ρ; и ρ_ж – плотность частиц дисперсной фазы и среды соответственно, кг/м³.

Следует учитывать то обстоятельство, что эта формула справедлива только при определенных условиях, в которых выполняется закон Стокса.

Если известна скорость оседания частиц, то на основании этой формулы можно найти их радиус.

При решении задач этого типа может пригодиться и то обстоятельство, что при выполнении закона Стокса частицы оседают с постоянной скоростью, поэтому она может быть вычислена как отношение глубины оседания ко времени оседания:

(2.7.19)

Осмотическое давление разбавленных дисперсных систем можно вычислить по формуле Вант-Гоффа для истинных растворов, однако вместо молярной концентрации следует подставлять частичную молярную концентрацию, рассчитываемую следующим образом:

, (2.7.20)

Итак, формула Вант-Гоффа для осмотического давления преобразуется к виду:

(2.7.21)

Осмос для дисперсных систем выражен незначительно, так как частицы слишком массивны.