АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

Проблема устойчивости дисперсных систем

Устойчивость означает способность дисперсных систем сохранять свой состав неизменным, когда концентрация дисперсной фазы и распределение частиц по размерам остаются постоянными во времени. Устойчивость — одна из важнейших характеристик дисперсных систем с жидкой и газовой дисперсионной средой, т.е. систем типа Т/Ж, Ж/Ж, Г/Ж, Т/Г и Ж/Г.

Различают два вида устойчивости: седиментационную и агрегативную. Особенности этих двух видов устойчивости схематически показаны на рис. 10.1.

Седиментационная устойчивость определяется способностью противодействовать оседанию частиц. Седиментация, или оседание, приводит к разрушению дисперсной системы. На частицу дисперсной фазы (рис. 10.2, а, б) действует гравитационная сила Р, которая вызывает оседание частиц.

Противодействие этой силе зависит от размеров частиц. Для относительно крупных (средне- и грубодисперсных) частиц (рис. 10.2, а) — это сила трения, для мелких (высокодисперсных, рис. 10.2, б) — вызванная диффузией. Гравитационная сила способствует росту концентрации в нижележащей части дисперсной системы по сравнению с концентрацией в вышележащей части. В результате возникает градиент концентрации (см. параграф 9.3) и диффузионный поток, направленный в сторону противоположную гравитационной силе. Подобный процесс характерен для высокодисперсных систем, которые являются седиментационно-устойчивыми. Средне- и особенно грубодисперсные системы относятся к седиментационно-неустойчивым.

Рис. 10.2. Седиментационное равновесие:

а, б — силы, действующие на крупные (среде- и грубодисперсные) и мелкие (высокодисперсные) частицы; в — изменение концентрации дисперсной фазы в зависимости от высоты

Частицы космической пыли, попадая в верхние слои атмосферы, распространяются вокруг земного шара и не спешат на землю. Их продолжительное нахождение над поверхностью Земли обусловлено седиментационной устойчивостью. Образовавшееся в результате Чернобыльской катастрофы радиоактивное облако при своем движении оставляло опасный радиоактивный след в результате оседания седиментационно-неустойчивых радиоактивных частиц, относящихся к средне- и грубодисперсным системам.

Рис. 10.3. Схема коагуляции (а) и коалесценции (б):

1 — частицы или капли дисперсной фазы;
2 — агрегаты после коагуляции твердых частиц или капель;
3 — укрупненная в результате коалесценции капля; 4 — седиментация;
5 — обратная седиментация (всплытие)

Под агрегативной устойчивостью подразумевают сохранение межфазовой поверхности. Она определяется способностью дисперсных систем противодействовать слипанию частиц (рис. 10.3). Взаимодействие и слипание твердых частиц приводит к образованию агрегатов 2. В результате происходит укрупнение частиц, структура дисперсной фазы претерпевает изменение, а образующиеся агрегаты приобретают способность оседать или всплывать. Агрегация и слипание твердых частиц называют коагуляцией.

Взаимодействие жидких частиц дисперсной фазы (см. рис. 10.3, б) приводит к образованию агрегатов 2, но в отличие от твердых частиц они состоят из капель. Затем при определенных условиях (преодоление действия граничных слоев, препятствующих взаимодействию капель) может происходить слияние капель. Этот процесс называют коалесценцией. В результате образуется укрупненная капля 3, масса которой равна сумме масс исходных капель, изменяется структура дисперсной системы, а образовавшиеся укрупненные капли могут всплывать или оседать.

Особенности двух видов устойчивости (см. рис. 10.1) имеют прямое отношение к некоторым отраслям промышленности. Частицы цемента запыляют воздух, а значительная часть их оседает вблизи цементных заводов, образуя своеобразный ландшафт. Подобные системы обычно седиментационно-неустойчивы, но оседание частиц происходит медленно.

Поэтому принимают меры для принудительного разрушения дисперсных систем путем фильтрации и другими способами. Устойчивость порой определяет качество продукта. Так, помутнение соков и образование в них осадков обусловлены седиментационной неустойчивостью. К числу факторов, определяющих срок годности некоторых продуктов питания (молочных, соков, майонеза и др.), относится время, в течение которого продукт сохраняет свою устойчивость. Седиментационная и агрегативная устойчивость и неустойчивость дисперсных систем проявляется в отдельных циклах технологического процесса практически во всех отраслях промышленного комплекса.

Дата добавления: 2015-10-11 | Просмотры: 886 | Нарушение авторских прав