физическая химия дисперсных систем лекция 4 получение,...
Post on 26-Jun-2015
428 Views
Preview:
TRANSCRIPT
Получение дисперсных систем
Методы
ДИСПЕРГАЦИОННЫЕ• тонко измельчают
(диспергируют) твердые и жидкие вещества в соответствующей дисперсионной среде
• в основе – ДРОБЛЕНИЕ грубодисперсных систем
КОНДЕНСАЦИОННЫЕ• вызывают образование
частиц дисперсной фазы из отдельных молекул или ионов
• в основе - АССОЦИАЦИЯ молекул или ионов истинных растворов
Диспергационные методымеханическое измельчение
Шаровые мельницы– полые вращающиеся
цилиндры, в которые загружают измельчаемый материал и стальные или керамические шары
– Процесс - дробление
– Размер частиц от 2 – 3 до 50 – 70 мкм
Диспергационные методымеханическое измельчение
Коллоидные мельницы– принцип действия
которых основан на развитии разрывающих усилий в суспензии или эмульсии под действием центробежной силы в узком зазоре между вращающимся с большой скоростью ротором и неподвижной частью устройства – статором
• Процессы - • трение• удар
Диспергационные методы ультразвуковое измельчение
Основано– на возникновении в жидкости или твердом теле
локальных сжатий или растяжений при прохождении волны высокой энергии,
– а также вследствие образования и «схлопывания» полостей, заполняемых растворенными в жидкости газами (эффект кавитации)
– за короткие промежутки времени возникают огромные локальные изменения давления!
Диспергационные методы электрическое измельчение
– метод Бредига– основан на образовании вольтовой дуги между
электродами из диспергируемого металла, помещенными в воду
– металл распыляется в дуге
Примеры дисперсных систем, получаемых диспергационным методом
МЕХАНИЧЕСКИЙ• стройматериалы (цемент,
бетонную крошку, сухие краски, шпатлевки и иные строительные смеси в виде сухих порошков и суспензий)
• лекарственные средства (порошки, мази, пасты, эмульсии)
• пищевые продукты (пряности, молотый кофе).
УЛЬТРАЗВУКОВОЙ• коллоидные растворы
серы, гипса, графита, лекарственных веществ, полимеров
Конденсационные методы
• получение дисперсных систем из гомогенных пересыщенных сред
– пересыщение - создание концентраций, превышающих равновесные
Способы создания пересыщенных сред
ФИЗИЧЕСКИЕ• основаны на конденсации
пересыщенного пара– аэрозоли
ХИМИЧЕСКИЕ• любая химическая реакция,
идущая с образованием новой фазы, может быть источником получения коллоидной системы
• восстановление (металлов)– пример: 2НАuСl4 + ЗН2О2 —> 2Аu + 8НСl + ЗО2
• гидролиз– пример: FeCI3 + 3H2O —> Fe(OH)3 + 3HCl
• реакция обмена– пример:AgNO3 + KI = AgI + KNO3
Химическая конденсация
• восстановление (металлов)2НАuСl4 + ЗН2О2 —> 2Аu + 8НСl + ЗО2
• гидролизFeCI3 + 3H2O —> Fe(OH)3 + 3HCl
• реакция обменаAgNO3 + KI = AgI + KNO3
Устойчивость дисперсных систем
Классификация дисперсных системпо характеру взаимодействия
между частицами дисперсной фазы и дисперсионной средой
ЛИОФИЛЬНЫЕ• сильное взаимодействие• термодинамически
устойчивы к слипанию (агрегации) частиц
• образуются самопроизвольно
• примеры: – растворы ПАВ– растворы некоторых ВМС
(яичного белка, крахмала или желатина)
ЛИОФОБНЫЕ• слабое взаимодействие• термодинамически неустойчивы• могут быть получены путем
принудительного диспергирования или конденсации
– необходимо присутствие стабилизатора (электролиты, ПАВ, белковые соединения), который адсорбируется на межфазной поверхности и понижает общую энергию системы, а также образует оболочки, физически препятствующие агрегации частиц
• примеры: водные суспензии и золи твердых частиц, эмульсии слабо взаимодействующих жидкостей
Термодинамический фактор стабильности лиофильных систем
• ΔG = ΔH – TΔS; ΔG < 0• ΔH = затраты энергии на разрыв
межмолекулярных связей + выигрыш энергии в результате сольватации образовавшейся поверхности
• ΔS > 0• самопроизвольное диспергирование становится возможным, если
возрастание свободной энергии, связанное с увеличением поверхности при диспергировании, компенсируется энергией сольватации поверхности и повышением энтропии системы за счет включения частиц в тепловое движение
Устойчивость лиофобных дисперсных систем -
• их способность препятствовать протеканию процессов, ведущих к изменению
– дисперсности
– характера распределения частиц по размерам
– характера распределения частиц в объеме дисперсионной среды
1. Термодинамическая (агрегативная) устойчивость
КОАЛЕСЦЕНЦИЯукрупнение дисперсных
(жидких или газообразных) частиц, приводящее к увеличению их размера (при условии σ = const)
КОАГУЛЯЦИЯобразование агрегатов из многих
дисперсных (твердых) частиц, разделенных тонкими прослойками дисперсионной среды (при условии постоянства дисперсности)
Факторы агрегативной устойчивости
• Ионно-электростатический фактор обусловлен наличием на частицах диффузного ДЭС
Факторы агрегативной устойчивости
• Адсорбционно-сольватный фактор проявляет себя при наличии на поверхности частиц достаточно развитых толстых сольватных слоев молекул дисперсионной среды
• Структурно-механический фактор возникает при адсорбции на поверхности частиц таких молекул, которые способны к образованию структурированного адсорбционного слоя
Мицелла
Коагуляция электролитами
• коагулирующим действием ион электролита, заряд которого противоположен заряду гранулы
• минимальная концентрация электролита для начала процесса - порог коагуляции
• коагулирующее действие иона тем сильнее, чем больше его заряд
правило Шульце – Гарди: с увеличением заряда иона на единицу его коагулирующая способность возрастает в 10 и более раз
2. Седиментационная устойчивость
ОСЕДАНИЕ частиц ДФ
плотность дисперсной фазы выше плотности дисперсионной среды
ВСПЛЫВАНИЕ частиц ДФ
плотность дисперсной фазы ниже плотности дисперсионной среды
Теория устойчивости гидрофобных золей
• Теория ДЛФО
– Дерягин– Ландау– Фервей– Овербек
Расклинивающее давление (Дерягин)
Молекулярная составляющая расклинивающего давления
• обусловлена межмолекулярными силами притяжения фаз
• обычно отрицательна
• способствует сближению частиц и нарушению агрегативной устойчивости дисперсных систем
• убывает с расстоянием по степенному закону
Ионно-электростатическая составляющая расклинивающего давления
• обусловлена взаимным отталкиванием при перекрывании диффузных слоев ДЭС
• препятствует утончению межфазной пленки
• способствует сохранению агрегативной устойчивости
• убывает с расстоянием по экспоненциальному закону
Энергетическая диаграмма
Зависимости• (1) - энергии
электростатического отталкивания Ue
• (2) - энергии молекулярного притяжения Um
• (3) - суммарной энергии взаимодействия частиц U от расстояния х
закон шестой степени Дерягина
top related