Конденсациялық құрылымдар. Конденсациялық құрылымдар фазалық контактілер арқылы түзіледі. Фазалық контактілердің ерекшелігі – олардың ауданы молекулалық өлшемдерден едәуір артық (үлкен) және бөлшектер арасындағы әрекеттесулер когезиялық күштермен анықталады. Осы себептен коагуляциялық контактіге қарағанда, фазалық контактілердің беріктігі жоғары болады.
Фазалық контактілер мен оларға сәйкес құрылымдар конденсациялық және кристалдық деп бөлінеді. Конденсациялық құрылымдар суытылған (қатырылған) балқытпа немесе аса қаныққан ерітінділерден қатты аморфты бөлшектерді алғанда түзіледі. Конденсациялық құрылымдарға силикагельдер мен алюмосиликаттар жатады. Натрий силикатының қышқылымен әрекеттесу нәтижесінде силикагельдер аморфты фаза пайда болады. Коагуляциядан кейін түзілген кремний қышқылының золі гель түзеді. Дисперстік ортаның (Na2SiO3) аса қанығуына байланысты гельдің дисперстік бөлшектері фазалық контактілер арқылы бірігеді.
Кристалдық құрылымдар кристалдық дисперстік бөлшектердің бірігу нәтижесінде пайда болады. Мұндай құрылымдардың типтік өкілі – поликристалдық металдар мен минералдар.
Фазалық контактісі бар құрылымдар коагуляциялық контактілерге қарағанда берік болады және берік, бірақ сынғыш материалдарға ұқсайды. Олар пластикалық диформацияға қабілетті және тиксотропиялық қасиеттерді көрсетпейді.
Бірінші типтегі кеңістіктік құрылымдар суспензиялар және зольдермен қатар полимерлердің ерітінділерінде де пайда болады. Макромолекулалардың анизотроптылығы және полимерлі тізбектердегі полярлы мен полярсыз топтардың болуы полимер ерітінділерінің құрылымдануына әкеледі. Мұндай ерітінділерде дисперсиялық әрекеттесулер не сутектік байланыстар арқылы тиксотороптық құрылымдар түзіледі, немесе макромолекулалар арасындағы химиялық әрекеттесулер нәтижесінде қайтымыз конденсациялық құрылымдар пайда болады.
Бөлшектері ұсақ агрегаттық тұрақты жүйелерде екінші типтегі құрылымдар пайда болады, яғни олардың потенциалды қисықтарында екінші энергиялық минимум болмайды. Сонымен қатар мұндай жүйелерде бірінші минимумда да бөлшектер әрекеттесе алмайды. Сондықтан осындай тұрақты жүйелердегі құрылымдар тартылу емес, тебісу күштері арқылы түзіледі. Мұндай құрылым түзілу үшін дисперстік фаза концентрациясын арттыру арқылы «тарығу жағдайын» туғызу керек. «Тарығу жағдайына» бөлшектердегі беттік қабаттар (адсорбциялық, сольваттық, қос электрлік) әкелуі мүмкін. Нәтижесінде бөлшектің көлемі өзінікінен үлкен болып, оны «тиімді көлем» деп атайды. Бөлшектің өз көлемінен тиімді көлемі едәуір үлкен болуы мүмкін.
Бөлшектердің тиімді көлеміне ұқсас дисперстік фазаның тиімді көлемдік концентрациясы (φт) деген ұғым бар. Ол дисперстік фазаның көлемдік үлесі (φ) мен беттік қабаттардың көлемдік үлесінің (φб.қ.) қосындысына тең:
φт = φ + φб.қ.
Дисперстік фазаның белгілі мөлшерінде φт ≥ φmax шарты орындала бастайды. Мұндағы φmax – бөлшектердің тығыз орналасуына сәйкес концентрация (ықтималдылығы жоғары статистикалық орналасу үшін φmax ~ 0,62 ÷ 0,64). Бұл кезде беттік қабаттар айқасып, бөлшектер тебісу энергиясы нольге тең болатындай қашықтыққа дейін алшақтай алмайды. Осылай жүйеде «тарығу жағдайы» пайда болады. Беттік қабаттарының өзара тебісу нәтижесінде бөлшектер энергиялық тиімді орна-ласып, жүйеде үш өлшемді реттелген қайтымды құрылым түзіледі.
Аралас құрылымдарда бірінші де, екінші де типтердің фрагменттері болады. Аралас құрылымдар әдетте полидисперсті суспензияларда немесе бөлшектерінің табиғаты әртүрлі жүйелерде түзіледі. Мұндай жүйелерде бір түрлі бөлшектер (мысалы, ірі бөлшектер) коагуляциялық тор түзеді, ал тордың саңылауында екінші түрдегі бөлшектер екінші типтегі құрылым түзеді.
17.2. Дисперсті жүйелердің құрылым-механикалық қасиеттері
Кеңістіктік құрылымдардың түзілуі дисперсті жүйелердің механикалық (реологиялық) қасиеттерінің едәуір өзгеруіне әкеліп соғады. Мұндай қасиеттер жүйе көлеміндегі бөлшектердің таралуына және бөлшектер арасындағы контактілердің түрі мен беріктігіне байланысты болғандықтан, оларды құрылым-механикалық деп атайды. Дисперсті жүйелердің құрылым-механикалық қасиеттерін реологиялық әдістің көмегімен зерттейді. Реологиялық қасиеттердің дисперсті жүйелердің құрылымына тәуелділігін зерттеу арқылы құрылым түзу процестерінің заңдылықтарын анықтап, әртүрлі композициялық материалдарды өндіру сияқты маңызды технологиялық мәселе-лерді шешуге болады.
Маңызды реологиялық сиапаттамаларға тұтқырлық, серпімділік, иілгіштік және беріктік жатады. Оларды анықтау үшін сыртқы механикалық кернеудің (Р) әсерінен болатын деформациялар γ (жүйенің бірынғайлығы бұзылатын нүктелер-дің ығысуы) мен олардың уақытқа тәуелділігін зерттейді.
Деформацияның түрі кернеудің түріне байланысты. Дисперсті жүйелердің зерттеулерінде көбіненсе ығысу (жылжу) деформацияларын қарастырады.
Деформациялар қайтымды және қайтымсыз бола алады. Біріншісіне серпімді (Гук деформациялары) мен эластикалық (тежеулі серпімді) деформациялар жатады. Қайтымсыз деформацияларға тұтқырлы ағу (кез келген Р шамасында) мен пластикалық ағу (бір критикалық шамадан үлкен Р үшін) жатады.
Реологияда денелердің механикалық қасиеттері үлгілер арқылы бейнеленеді. Серпімді, тұтқыр және пластикалық қасиеттерді бір элементтен тұратын қарапайым үлгілер - Гуктың идеал серпімді денесі, Ньютонның идеал тұтқыр денесі және Сен-Венан-Кулонның идеал пластикалық (иілгіш) денесі көрсетеді.
Достарыңызбен бөлісу: |
