Дисперсность

Основными специфическими особенностями дисперсных систем являются: гетерогенность (многофазность) - качественная характеристика дисперсных систем и дисперсность (раздробленность) -количественная характеристика дисперсных систем.

Мерой раздробленности дисперсной системы может служить:

  • ? поперечный размер частицы (а) - диаметр (d) для сферических частиц, длина ребра (Z) для кубических частиц;
  • ?дисперсность (В) - величина, обратная поперечному размеру частицы
  • ?>=-,м1; (82)

а

? удельная поверхность (5уд) - межфазная поверхность, приходящаяся на единицу объема дисперсной фазы

^=1Ш=ЛГ1- (82)

Объем дисперсной фазы Кд ф. как правило неизвестен, поэтому вместо него используют массу дисперсной фазы тд ф. Поэтому

5уа=^’м2/кг-

Удельную поверхность дисперсной фазы нетрудно вычислить, если известны размер и форма частиц. Например,

  • ? для сферических частиц: 5шара = 4лт2; V^apa = -яг3, тогда
  • 5уа = ^ = М = 60
  • ? для кубических частиц: 5куб = 6/2; Укуб = I3, соответственно

^ = ^ = 7=6Р-

В общем случае

Sya = k± = kD,

где к - коэффициент, зависящий от формы частицы.

Таким образом, удельная поверхность прямо пропорциональна дисперсности, и обратно пропорциональна поперечному размеру частицы.

Число сферических частиц (и) в 1 м3 дисперсной системы равно отношению объема (1 м3) системы к объему одной сферической частицы

n = ^ = vb- <87>

Площадь удельной поверхности сферических частиц в 1 м3 дисперсной системы равна произведению числа частиц на площадь каждой частицы

$уд = п ‘ ^шаРа = 4/3лтз ' 4 ЯГ 2 = ~ ~ = 6D. (88)

Число сферических частиц (и) в 1 кг дисперсной системы равно отношению массы (1 кг) к массе одной частицы. Масса одной сферической частицы золя равна произведению ее объема на плотность (р, кг/м3)

™шара = Киара ' Р = |^Г3р.

Число частиц в 1 кг золя для сферических частиц и = _--1--

Шара 4/ЗТ1Г3

Следовательно, площадь удельной поверхности в 1 кг золя будет равна произведению числа частиц на площадь каждой частицы

5уэ = п-5шара = ^^7-4яг2=^ = ^ = ^.

Поверхностная энергия

Дисперсные системы, имеющие развитую поверхность, обладают избыточной поверхностной энергией, которая является мерой гетерогенности.

Свободная поверхностная энергия Gs, Дж/м2 определяется суммарной поверхностью частиц S и величиной поверхностного натяжения а, которую можно рассматривать как величину удельной поверхностной энергии

Gs = а ? S. (92)

Пример 1.

Задание

Дисперсность частиц коллоидного золота равна 108 м'1. Считая, что частицы золота имеют форму куба, определите, какую поверхность So6uf они могут покрыть, если их плотно уложить в один слой. Масса коллоидных частиц золота 1 г. Плотность золота равна 19,6 ? 103 кг/м3.

Последовательность решения задачи

s

  • 1. Поскольку 5уд = -, общая поверхность частиц коллоидного золота S = Syd'V.
  • 2. Удельная поверхность кубических частиц Syd = 6D.
  • 3. Объем золя золота связан с массой золя V = —.

р

„ 6-D-m 6-108 м-1 -Г10-3 кг у

8 — ---- — -------Ткё--- = 30,61 М.

р ----19,6-103 g---

Пример 2.

Задание

Коллоидные частицы золота имеют дисперсность D = 108 м1. Какой длины (L) будет нить, если 1 г кубиков золота расположить друг за другом. Плотность золота составляет 19,6 • 103 кг/м3.

Последовательность решения задачи

  • 1. Длина нити золота равна произведению количества кубиков золота (и) на длину ребра одного кубика L = п -1.
  • 2. Длина ребра кубика обратно пропорциональна дисперсности

3. Число частиц золя равно общему объему золя Гобщ деленному на объем одного кубика золота Гкуб: п = -?^.

У V'куб

  • 4. Общий объем золя Vo6uf = —.
  • 5. Объем одного кубика золота Гкуб = I3.
  • 6. Тогда длина нити золота

Укуб р-13 Р-12 Р

L = 6°i03*k ' Cl О8)2 м-2 = 5,1 ? 108 м = 5,1 ? 105 км.

Пример 3.

Задание

Определите энергию Гиббса Gs поверхности капель водяного тумана массой т = 4 г при 293 К, если плотность воды р = 0,998 г/см3, поверхностное натяжение воды сг = 72,75 -10-3 Дж/м2, дисперсность частиц D = 50 мкм1.

Последовательность решения задачи

1. Энергия Гиббса поверхности определяется по уравнению

Gs = а ? S.

  • 2. Полная поверхность капель тумана равна произведению удельной поверхности на общий объем капель
  • S = Syd- V.
  • 3. Для сферических частиц 5уд = 6D.
  • 4. С другой стороны V = —.
  • 5. Тогда S = Syd -V = 6D у.
  • 6. Энергия Гиббса поверхности Gs = а ? S = а ? 6D ?

Gs = 72,75 • 10’3 • 6 ? 50 • 106 лГ14'10~3” = 87,47Дж.

s ’ м2 0,998-Ю3

Задачи для самостоятельного решения

  • 1. Приняв, что в золе серебра каждая частица представляет собой куб с длиной ребра I = 4 • 10-8 м, определите, какое число коллоидных частиц может получиться из 1 ? 10-4 кг серебра. Вычислите суммарную поверхность полученных частиц и рассчитайте поверхность одного кубика серебра с массой 1 ? 10-4 кг. Плотность серебра равна 10,5 ? 103 кг/м3.
  • 2. Золь ртути состоит из шариков диаметром 1 ? 10—8 м. Чему равна суммарная поверхность частиц золя, образующихся из 1 г ртути? Плотность ртути равна 13,56 ? 103 кг/м3.
  • 3. Вычислите удельную поверхность гидрозоля сульфида мышьяка Л52^з> средний диаметр частиц которого равен 1,2 ? 10-7 м, а плотность равна 3,43 ? 103 кг/м3. Ответ дайте в м'1 и в м2/кг.
  • 4. Определите величину удельной поверхности суспензии каолина плотностью 2,5 ? 103 кг/м3, состоящей из шарообразных частиц со средним диаметром 0,5 • 10-6 м. суспензию считайте монодисперсной. Ответ дайте в м'1 и в м2/кг.
  • 5. Вычислите удельную поверхность 1 кг активированного угля с диаметром частиц равным 8 ? 10-5 м. Плотность угля равна 1,8 кг/м3.
  • 6. Вычислите суммарную площадь поверхности 2 г платины, раздробленной на правильные кубики с длиной ребра 1 •10“8 м. Плотность платины равна 21,4 ? 103 кг/м3.
  • 7. Вычислите суммарную площадь поверхности 1 г золота, раздробленного на правильные кубики с длиной ребра 5 • 10-9 м. Плотность золота равна 19,6 • 103 кг/м3.
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >