17 л Характеристики основных дисперсных систем.ppt
- Количество слайдов: 17
Характеристика PR основных PRESENTS дисперсных систем
Дисперсная фаза Т Дисперсионная среда Т Ж Т/Т - твердые коллоидные Т/Ж - золи ↔ гели растворы (горные породы, (высокодисперсные), стройматериалы, сплавы, суспензии ↔ пасты пластмассы, замороженное (грубодисперсные) масло) Г Т/Г - пыль, дым, мука, порошки (аэрозоли) Г Ж/Г - туман, облака, выхлопные газы (аэрозоли) Г/Т - пористые тела Г/Ж - пены, газовые (адсорбенты, уголь, пемза, эмульсии пенобетон, пенопласт, хлеб) Ж Ж/Т - капиллярные системы Ж/Ж - эмульсии (сырая (почва, живые клетки, нефть, латекс, молоко, адсорбенты, сыр, фрукты, масло, майонез, кремы) овощи) Г/Г - гомогенные системы (нет поверхности раздела), дисперсная система отсутствует
Т/Ж С. 295 -297 Системы с жидкой дисперсной фазой Тип дисперсной системы Дисперсность (размеры частиц дисперсной фазы) D=1/l Золь (разб. ) ↕ Гель (конц. ) l=10 9 10 7 м Суспензия (разб. ) ↕ Паста (конц. ) l>10 7 м Методы получения Оптические свойства Конденсация Рассеяние света (опалесценция) Дисперги рование Поглощение Отражение Преломление Молекулярнокинетические свойства Устойчивость кинетическая Броуновское движение Диффузия Осмос Кинетически (седиментаци онно) устойчивы Кинетически (седиментаци онно) неустойчивы Устойчивость кинетическая устойчивое (седиментационн ое равновесие) неустойчивое (седиментаци я) агрегативная (термодинамическая ) лиофильн ые (устойчивы ) лиофобные (неустойчивы )
В лиофильных золях и суспензиях могут проявляться все существующие факторы стабилизации: • электростатический • сольватационный • структурно-механический Регулировать устойчивость можно путем введения электролитов, а также специальных реагентов: коагулянтов и флокулянтов Также в них возможно самопроизвольное диспергирование при снижении межфазной энергии до миниимальных критических значений (для лиофильных систем) Коагуляция Разрушение Структурообразование Коагуляционная структура Применение: • Буровые растворы (глинистые суспензии) – тиксотропные. • Объекты химической, пищевой, фармацетической, парфюмерной промышленности. • Строительные материалы. • Широко распространены в природе и технике. Конденсационнокристаллизационная структура
Ж/Ж С. 297 -304 Тип дисперсной системы Размеры частиц Эмульсия B – Полярная М – Неполярная I – прямая эмульсия (М/В) (молоко) II – обратная эмульсия (В/М) (нефть) l= 10 7 10 3 м (а) (б) Схема эмульсии М/В (а) и В/М (б) Определение типа эмульсии: Концентрация дисперсной фазы 1. Метод I – разбавленные, Vд. ф. <0, 1% электропроводности II – концентрированные, Vд. ф. до 2. Применение 74% красителя водного и III – высококонцентрированые, Vд. ф. неводного до 99%. 3. Смешивание с полярными и неполярными растворителями 4. Смачивание гидрофобной поверхности
II. Устойчивость эмульсий: I. Методы получения Конденсация: 1. Замена растворителя 2. Конденсация из паров l = 10 -7 -10 -5 м. 3. Обращение фаз Диспергирование: 1. Самопроизвольное. 2. Механическое. 3. Электрическое. 4. Вибрация. l= 10 -5 -10 -3 м. 5. УЗ (106 -109 гц) Гомогенизация (молоко), l ≈ 2· 10 -7 м. Образуется очень устойчивая монодисперсная система. • Кинетическая. - зависит от плотностей жидкостей, образующих эмульсию, и размеров капель. • Агрегативная. - Лиофильные (устойчивые) - Лиофобные (неустойчивые) Эмульгаторы: • Гидрофильные: - для эмульсий I типа (М/В) • Гидрофобные: - для эмульсий II типа (В/М) • Твердые эмульгаторы. III. Разрушение эмульсий (деэмульгирование). • Химические методы: - Воздействие электролитом с многовалентным ионом (Fe. Cl 3). - Применение неэлектролитов, растворяющих защитные оболочки (ССl 4, CS 2). - Использование ПАВ: 1. Вытесняющие эмульгатор, но не образующие оболочки (C 5 H 9 OH, C 4 H 9 OH, CH 3 COCH 3). 2. Изменяющие тип эмульсии. • Термические: - t°↑, t°↓ - изменяет прочность защитных оболочек. • Механические: - Фильтрация. - Отстаивание.
ГЛБ = 7 + Σ (ГЛБ)г – Σ (ГЛБ)л или ГЛБ = 7 + ΣNi ГЛБ=8 -18 – М/В ГЛБ=3 -6 – В/М
Г/Ж С. 304 -307 Тип дисперсной системы Пены (газовые эмульсии) Дисперсность (размеры частиц дисперсной фазы) Частицы велики D↓ K=Vп/Vж К – кратность пены Методы получения Устойчивость агрегативная Диспергирование + пенообразователь Конденсация Неустойчивые Активно протекает: 1. Коалесценция (старение пены) 2. Изотермическая перегонка GS↓ Стабилизатор (пенообразователи) Слабые (I рода) GS↓, но не образуют структурированных слоев Сильные (II рода) Образуют структурированные слои (белки, мыла, ВМС, порошки)
Эффект Марангони-Гиббса заключается в том, что в местах утончения пленки возрастает поверхностное натяжение σ, и ПАВ вместе с жидкостью перетекают из мест с малым поверхностным натяжением в места с повышенным значением σ. Это приводит к “самозалечиванию” пленок и стабилизации системы. Способы пеногашения (разрушение пен): • пеногасители – разрушают или вытесняют стабилизатор-пенообразователь, но сами не стабилизируют систему; • ультразвуковые и акустические методы; • термическое воздействие; • механическое воздействие. Применение: • во многих технологических процессах (пищевая, химическая, парфюмерная промышленность); • в производстве строительных материалов; • в процессах флотации; • при проявлении моющего действия мыл; • в действии пенных огнетушителей.
Т, Ж/Г С. 306 -307 Системы с газообразной дисперсионной фазой Тип дисперсной системы Дисперсность (размеры частиц дисперсной фазы) Методы получения Оптические свойства Т/ Г и Ж / Г аэрозоли l – велико (пыль, порошки) l – мало (туман, дым) Порошки – это разрушенные аэрозоли (аэроголи) (цемент, мука, кофе, краска порошок) Кинетическая устойчивость Диспергирование (грубодисперсные и неоднородные) Рассеяние света (распыление ядохимикатов, Высокодиспер (зависит от нанесение защитных сные – размеров частиц) покрытий, получение Используют в устойчивые, аэрозольных препаратов) навигации для грубодисперсн Конденсация ые – измерения (высокодисперсные и размеров частиц неустойчивые однородные) нефилометрия, (дождь) В основе этого метода лежит турбидиметрия) создание перенасыщенных состояний и образования центров конденсации (туман)
Агрегативная неустойчивость вызвана небольшой вязкостью ηд. с. и плотностью ρд. с. дисперсионной среды, из за чего в них затруднена стабилизация частиц дисперсной фазы, что приводит к нарушению кинетической устойчивости и быстрому оседанию частиц (седиментации), подобно суспензии. Разрушение аэрозолей (улавливание дыма, пыли, тумана) сводится к устранению стабилизирующих факторов. В отличие от систем с жидкой дисперсионной средой, здесь нельзя применять электролиты. Большинство методов разрушения аэрозолей (кислотные туманы, угольные пыли) связаны с интенсификацией процессов коагуляции, коалесценции, прилипания к поверхности стенок фильтров, а также седиментации. Наиболее распространенными являются: пылеулавливание, смачивание, фильтрация и электрические способы. Крупные частицы осаждаются в пылевых камерах, так как при изменении направ ления газовые потоки теряют скорость и оседают. Применяют фильтры с извилистыми порами (фильтры Петрянова), а также мокрые пылеуловители, скрубберы, в которых частицы смачиваются и осаждаются на дно. Для высокодисперсных аэрозолей используют электрические фильтры, в которых частицы, заряжаясь при движении, затем разряжаются на противоположно заряженных электродах. Эффективными способами управления устойчивостью аэрозолей является распыление в них гигроскопических веществ (Са. С 1 2, Agl), а также веществ, содержащих противоположно заряженные частицы (песок). Распыление таких веществ, например, в облаках, приводит к ускорению конденсации тумана и выпадению осадков виде дождя и снега.
Г, Ж, Т/Т С. 308 -309 Системы с твердой дисперсионной фазой Тип дисперсной системы Г/Т – твердые пены Ж/Т – твердые эмульсии Т/Т – сплавы, эмали, пластмассы Дисперсность (размеры частиц дисперсной фазы) Получение Оптические свойства l – мало (асорбенты – уголь, пемза l – велико (живые клетки, почва, продукты питания) Структурообразование и получение связнодисперсной системы (ηд. с. →∞) Дисперсная система превращается в материал с ценными свойствами. В таких системах GS↓, процессы коагуляции протекают очень медленно и имеют форму перекристаллизации (изотермической перегонки) Рассеяние (опалеcценция) в системах Т/Т Наибольшее значение имеют системы Т/Т. Драгоценные камни это дисперсия различных металлов (Fe, Mn) в кварце (аметист, сапфир) или кристаллическом глиноземе (Si. O 2). Рубиновые стекла, изготовленные еще М. В. Ломоносовым, представляли собой дисперсию золота и хрома(Al 2 O 3). Эмали это легкоплавкие стекла с различными диспергированными пигментами. Металлические сплавы важный класс дисперсных систем Т/Т, механические свойства которых в значительной мере зависят от строения, отвечающего различной степени раздробленности дисперсной фазы. Аустенит это истинный твердый раствор, мартенсит ультрамикрогетерогенная система, перлит микрогетерогенная система. Для систем Т/Т, из всех наиболее типичных свойств, лучше всего выражена способность к светорассеиванию. Даже термин опалесценция произошел от названия минерала опал, обладающего сильно выраженной способностью рассеивать свет. Системой Т/Т являются полимеры с
ВМС КАК ДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ С. 309 СХОДСТВО -311 Растворов ВМС с высокодисперсными системами По размерам частиц: Молекулярно-кинетические свойства (диффузия, осмотическое давление) Светорассеяние, Способность к структурообразованию (застудневание) РАЗЛИЧИЕ СПЕЦИФИЧЕСК ИЕ СВОЙСТВА Нет гетерогенности, т. к. рры ВМС гомогенные истинные р-ры (если молекула развернута). Но могут образовывать золи в определенных растворителях. Если свернута в глобулу, то образуется гетерогенная (лиофильная) система. 1. Высаливание (электролиты). - Снижение гидратации ВМС (обратимо). 2. Старение (деструкция под действием кислорода и др. ) =>η↓ укрупнение =>η↑ 3. Набухание: - Ограниченное (образование студней) - Неограниченное (растворение) Латекс/вода Дисперсия полимера в воде, где глобулы с отрицательным зарядом