С. Ш.Құмарғалиева коллоидтық химия

жүктеу 5,89 Mb.

бет	16/105
Дата	25.10.2023
өлшемі	5,89 Mb.
	#44020

1 ... 12 13 14 15 16 17 18 19 ... 105

treatise128700

4.5. Дисперсті жүйелердің
cедиментациялық-диффузиялық тепе-теңдігі

Монодисперсті жүйедегі седиментациялық-диффузиялық тепе-теңдіктің пайда болуын қарастырайық. Мұндай дисперсті жүйе ретінде тығыздығы ρ_d және радиусы r қатты сфералық бөлшектері бар суспензияны алайық. Суспензиядағы бөлшектердің концентрациясын ν₀ деп қабылдайық.

Араластыру тоқтатылғанда, седиментация процесі басталып, бөлшектердің тепе-теңдікті таралуы бұзылады. Дисперсті жүйенің төменгі жағындағы бөлшектердің концентрациясы ν_тбастапқыдан (ν₀)үлкен болады (ν_т> ν₀). Осының салдарынан жоғарғы жағында бөлшектік концентрация (ν_ж) азаяды (ν_ж< ν₀).
Яғни бөлшектердің тепе-теңдікті таралуының бұзылу нәтижесінде бөлшектік концентрация вертикал х осінің бойымен өзгереді. Седиментация барысында концентрациялардың айырымы ∆ν=ν_т- ν_ж өсе береді. Концентрациялар айырымының әсерінен төменнен жоғарыға қарай, яғни седиментацияға қарама-қарсы бағытталған диффузиялық ағыс (і_d) пайда болады. Бұл ағыстың шамасы

(4.14)

теңдеуімен анықталады. Мұндағы D – диффузия коэффициенті; х – вертикал координата. Седиментация барысында бөлшектің концентрация градиенті өсіп, диффузиялық ағыс күшейеді.

Седиментациялық ағыс i_s= υν формуласымен есептеледі, мұндағы υ – бөлшектердің седиментация жылдамдығы; ν – бөлшектік концентрация. Бір біріне қарсы ағыстар теңескенде i_d=i_s дисперсті жүйеде седиментация мен диффузия арасында динамикалық тепе-теңдік пен әр деңгейде уақытқа байланысты өзгермейтін бөлшектердің стационарлы концентрациясы орнатылады.
Жоғары дисперсті жүйедегі бөлшектердің х вертикал осі бойынша таралуын i_d=i_s шартынан алуға болады:

. (4.15)

Яғни диффузия нәтижесінде дисперстік фаза толық шөкпейді. Дисперстік фазаның негізгі бөлігі дисперсиялық ортада қалып, дисперсті жүйе ұзақ уақытқа дейін «өмір сүреді».

Седиментациялық-диффузиялық тепе-теңдіктің айқын мысалы ретінде 1857 ж. М. Фарадей дайындаған бөлшектері 10 нм құрайтын алтынның коллоидтық ерітінділерін алуға болады. Бұл ерітінділер қазіргі уақытқа дейін сақталған: алтынның үлкен тығыздығына қарамастан дисперстік бөлшектер тұнбаға түспеген.
Седиментациялық-диффузиялық тепе-теңдік тағы бір жағынан қызығушылық туғызады. Жоғарыдағы теңдеудің көмегімен бөлшектік концентрация мен х биіктік арасындағы эксперименттік тәуелділіктен Больцман тұрақтысы мен Авогадро санын есептеуге болады. Мұндай тәжірибелерді франциялық физик Ж.Перрен гуммигут суспензиялары үшін 1908 ж. жүргізген. Перрен әдісімен анықталған Авогадро саны өзінің белгілі мәніне жақын болып, Перрен осы жұмысы үшін физика саласында Нобель сыйлығына (1926 ж.) ие болды.

жүктеу 5,89 Mb.

Достарыңызбен бөлісу:

1 ... 12 13 14 15 16 17 18 19 ... 105