Седиментация в дисперсных системах.
Седиментацией (от лат. sedimentum – осадок) называют процесс оседания частиц дисперсной фазы в жидкой или газообразной среде под действием силы тяжести.
Всплывание частиц (например, капель в эмульсиях) носит название обратной седиментации.
Скорость оседания частиц подчиняется закону Стокса:
и - плотности частиц и среды;
- вязкость среды;
- радиус;
- ускорение силы тяжести.
Если разность имеет знак минус, частицы легче среды и всплывают.
Измерив скорость оседания можно вычислить радиус частиц (седиментационный анализ):
,
где
Способность к седиментации часто выражают через константу седиментации :
где – скорость оседания;
- ускорение свободного падения.
Единица измерения - сведберг (1Сб = 10-13с) или секунда.
Величина обратная константе седиментации является мерой кинетической устойчивости системы:
Оседают сначала более крупные частицы, затем – мельче, при этом частицы укладываются слоями.
Оседанию препятствует броуновское движение и диффузия.
Установившееся состояние называют седиментационно-диффузионным равновесием.
Для проведения седиментационного анализа кинетически устойчивых систем (золей, растворов ВМС) с целью определения размеров и массы их частиц недостаточно силы земного тяготения.
Русский ученый А.В. Думанский (1912) предложил подвергать коллоидные системы центрифугированию.
Сведберг (1923г.) разработал специальные центрифуги с огромным числом оборотов, названные ультрацентрифугами.
Современные ультрацентрифуги дают возможность получить центробежную силу, превышающую ускорение силы тяжести в 105 раз.
Современная ультрацентрифуга – сложный аппарат, центральная часть которого ротор (с частотой вращения 20-60000 об/мин и выше), с тончайшей регулировкой температуры и оптической системой контроля за процессом осаждения.
Скорость седиментации частиц в ультрацентрифуге рассчитывают по уравнению Стокса:
заменяя в нем на :
где – угловая скорость вращения ротора;
- расстояние от частицы до оси вращения.
Ультрацентрифуги используются для изучения коллоидных систем: определяют размеры, формы частиц, а также препаративного разделения и выделения фракций с различными свойствами (в том числе вирусов, белков, нуклеиновых кислот).
- Конспект лекций по дисциплине «Коллоидная химия»
- Оглавление
- Предисловие
- Лекция 1. Основные определения коллоидной химии и ее предмета. Основные признаки и классификация дисперсных систем.
- Значение коллоидной химии
- Основные признаки дисперсных систем
- Изменение удельной поверхности при дроблении 1см3 вещества
- Классификация дисперсных систем
- Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию
- Лекция 2. Получение коллоидных систем (кс) и их очистка.
- Методы конденсации.
- Методы диспергирования.
- Метод пептизации.
- Очистка коллоидных растворов.
- Очищаемый раствор, 2 – растворитель (вода),
- Лекция 3. Молекулярно-кинетические и оптические свойства коллоидных систем.
- Броуновское движение.
- Диффузия
- Осмотическое давление коллоидных растворов.
- Седиментация в дисперсных системах.
- Оптические свойства дисперсных систем
- Явление рассеяния света.
- Поглощение (адсорбция) света.
- Лекция 4. Электрокинетические свойства дисперсных систем.
- Теории образования и строения дэс.
- Электрокинетический потенциал.
- Влияние электролитов на электрокинетический потенциал
- Строение мицеллы.
- Электрокинетические явления.
- Коагуляция
- Действие электролитов на коагуляцию
- Совместное действие электролитов при коагуляции
- Теория устойчивости гидрофобных дисперсных систем длфо
- Старение золей
- Защитное действие молекулярных адсорбирующих слоев
- Лекция 6. Поверхностная энергия и поверхностное натяжение.
- Оценка пн жидкостей из родственных характеристик
- Межфазное натяжение на поверхности раздела твердое тело-жидкость. Смачивание.
- Адсорбция. Изотерма адсорбции. Уравнение Гиббса.
- Построение изотермы адсорбции и нахождение величин .
- Лекция 7. Поверхностные явления. Адсорбция
- Теории адсорбции.
- Комплекс
- Полимолекулярная сорбция
- Частные случаи адсорбции. Адсорбция на границе жидкость-газ.
- Адсорбция на границе раствор-газ
- Применение пав
- Адсорбция на границе твердое тело-раствор
- Молекулярная адсорбция из растворов
- Влияние природы среды
- Ионная адсорбция
- Обменная адсорбция
- Адсорбция на границе твердое тело-газ
- Лекция 8. Растворы полимеров как коллоидные системы (молекулярные коллоиды)
- Общая характеристика растворов полимеров
- Набухание полимеров
- Осмотическое давление и вязкость растворов полимеров
- - Для раствора низкомолекулярного вещества;
- Лекция 9. Застудневание растворов и студни полимеров
- Классификация студней
- Условия образования студней
- Механизм процессов гелеобразованияи структура полимерных гелей
- Реология гелей
- Реологические теории.
- Теория Эйринга
- Структурные теории.
- Гидродинамические теории
- Теория Грессли