Порядок проведения расчетов

Так как с течением времени меняется лишь скорость оседания частиц, которая рассчитывается по формуле , где h – путь, пройденный частицей, м; τ – время оседания, с; то из формулы (5.3) имеем:

, (5.4)

Для суспензии крахмала, седиментацию которой будем исследовать,

d_T = 1,3 , d_Ж = 1,0 .

Переведем плотности в размерности :

d_T = 1,3 = 1,3∙ = 1,3×10³

d_Ж = 1,0 = 1,0∙ = 1,0×10³

Учитывая, что П (пуаз) и что 1Па×с = 10П, получим:

Па×с = 10^-3 Па×с.

Подставляя значения этих параметров в формулу (5.5), получим:

Подставляя значения К в формулу (5.4) для каждого τ (с), получим соответствующие значения R (м).

Для построения кривой распределения частиц дисперсной фазы по

радиусам строят сначала кривую седиментации в координатах Q = f(τ).

Полученную кривую дифференцируют по τ и строят кривую распределения в координатах . Дифференцирование экспериментальной кривой можно проводить графически методом касательных.

Рис. 5.2. Кривая распределения частиц дисперсной фазы по радиусам

Обработку экспериментальных данных можно проводить с помощью стандартных программ на ПЭВМ. Суть такой обработки сводится к подбору уравнения кривой, описывающей зависимость Q = f(τ). Затем полученная линия регрессии дифференцируется и строится кривая распределения. По времени оседания (τ_в), соответствующему максимуму на кривой распределения, рассчитывают радиус частиц дисперсной фазы (R_B) по формуле (5.4). Частицы дисперсной фазы с этим радиусом, которых больше всего в данной системе, и будут определять ее свойства.

Вопросы для защиты лабораторной работы 5

5.1. Для чего используется метод седиментационного анализа? На чем он основан?

5.2. Что такое эффективный радиус частиц дисперсной фазы?

5.3. В чем суть метода непрерывного взвешивания осадка?

5.4. Для чего строят кривую седиментации? Как по ней устанавливают количественное распределение частиц дисперсной фазы по размерам?

Лабораторная работа 6. Адсорбция на границе жидкость – газ

6.1. Теоретические основы адсорбции

На создание любой поверхности раздела фаз затрачивается определенная работа. Такая работа, производимая над системой, приведет к появлению свободной поверхностной энергии Гиббса G^(s):

G^(s) = s S (6.1)

где S – площадь поверхности раздела фаз, м²; s- удельная поверхностная энергия или свободная энергия единицы поверхности, . Величина s зависит от cил взаимодействия между молекулами, находящимися на поверхности раздела фаз. Чем больше эти силы, тем больше величина s. Силы взаимодействия, в основном, зависят от полярности молекул. Чем полярнее молекулы (чем больше их дипольный момент), тем сильнее они взаимодействуют друг с другом и тем выше значение s.

В соответствии со вторым началом термодинамики система стремится уменьшить эту энергию за счет самопроизвольных процессов, протекающих в ней.

Для растворов, состоящих из двух или нескольких веществ, различающихся интенсивностью взаимодействия между молекулами (полярностью), уменьшения величины G^(s) можно достичь за счет уменьшения s. Действительно, компонент менее полярный будет переходить из объема в поверхностный слой, поскольку накопление менее полярного компонента приведет к уменьшению межмолекулярного взаимодействия на поверхности раздела фаз, а, следовательно, к уменьшению удельной поверхностной энергии (s) и свободной поверхностной энергии G^(s). Таким образом в поверхностном слое происходит концентрирование менее полярного компонента, называемое адсорбцией. Так как процесс адсорбции приводит к уменьшению свободной поверхностной энергии, он является самопроизвольным. Тепловое движение молекул стремится восстановить равенство концентраций в объеме и поверхностном слое. Равновесие устанавливается тогда, когда процесс адсорбции, приводящий к увеличению концентрации в поверхностном слое, компенсируется процессом диффузии из поверхностного слоя вглубь раствора (десорбция). Это состояние равновесия, отвечающее минимуму свободной энергии всей системы, описывается уравнением адсорбции Гиббса, являющимся следствием второго начала термодинамики:

(6.2)

где Г – превышение концентрации адсорбированного вещества в поверхностном слое по сравнению с его концентрацией в объеме раствора; с – равновесная концентрация, ; s - удельная поверхностная энергия, ; Т – температура, К; R – универсальная газовая постоянная,

R = 8,31×10³ . Подставляя размерность всех величин в формулу (6.2), получим размерность величины адсорбции: .

Величина называется поверхностной активностью. Вещества, понижающие при растворении величину s на границе раздела фаз, т.е. способные адсорбироваться, называются поверхностно-активными веществами (ПАВ). В водных растворах поверхностно-активными являются растворимые в воде органические вещества (спирты, кислоты, амины и т.п.), молекулы которых дифильны. Дифильные молекулы ПАВ обычно обозначаются:

,

где кружок обозначает полярную группу, а черточка – неполярный радикал. С ростом длины углеводородной цепи неполярного радикала поверхностная активность увеличивается (правило Дюкло – Траубе).

Величина удельной поверхностной энергии (s) численно равна поверхностному натяжению на границе жидкость – газ. Это связано с тем, что поверхностное натяжение определяется силами взаимодействия между молекулами в поверхностном слое. Т.е. и удельная поверхностная энергия и поверхностное натяжение определяются работой, произведенной против сил межмолекулярного взаимодействия. Поэтому жидкости с более интенсивным полем молекулярных сил, т.е. более полярные, характеризуются высокими значениями s (например, вода: s = 72,75 ×10^-3 ; а гексан: s = 18,43×10^-3 ).

Поиск по сайту: