Структурообразование в дисперсных системах. Коэффициент тиксотропии.
В дисперсных системах (золях, суспензиях и растворах ) самопроизвольно или в результате внешних воздействий происходит образование пространственных структур.
Структурообразование изменяет состояние дисперсной системы - от истинно жидких золей через структурированные жидкости (гели, студни) к твердообразным (например, цементный камень), обладающих многими свойствами твердых тел.
Образование и наличие в дисперсных системах тех или иных структур придает им своеобразные физико-механические свойства: прочность, упругость (эластичность), пластичность, вязкость. Эти свойства называют структурно-механическими или реологическими. Они во многом определяют эксплуатационные свойства буровых глинистых и цементных растворов и оказывают существенное влияние на характер течения нефти в пласте и эффективность её извлечения из недр. Изучение взаимосвязи между структурой и реологическими свойствами дисперсных систем, а также путей управления ими на различных этапах получения и эксплуатации занимается область науки, называемая физико-химической механикой.
Различают три вида межчастичных контактов, возникающих при образовании структур первого типа: коагуляционные , атомные и фазовые.
Рассмотренные виды контактов определяют два класса структур коагуляционные и конденсационные (или конденсационно-кристаллизационные).
Коагуляционные структуры возникают в результате сцепления частиц через прослойки жидкости, либо при частичном вытеснении их, т.е. вследствие образования коагуляционных или атомных контактов. Для коагуляционных структур характерны специфические свойства, такие как тиксотропия (поэтому такие структуры часто называют коагуляционно-тиксотропнами), синерезис, набухание.
|
|
|
Синерезис (сопровождающееся ее сжатием и высвобождением части жидкости из структурной сетки. от греч. synairesis – сжатие, уменьшение) – постепенное упрочнение структуры
Тиксотропия (от греч. thixis – прикосновение и trope – поворот, изменение) – это способность системы восстанавливать исходную структуру, разрушенную механическим воздействием (перемешиванием, встряхиванием). Тиксотропное восстановление структуры обусловлено возобновлением контактов между частицами дисперсной фазы вследствие теплового движения частиц и подвижности среды. Тиксотропные среды характеризуются уменьшением вязкости во времени при постоянной скорости сдвига. Например, чтобы привести в движение по трубопроводу тиксотропную среду, насос первоначально должен потреблять большую мощность. Затем в результате постепенного разрушения структуры под действием напряжения сдвига и снижения вязкости потребляемая мощность насоса снижается. В результате продолжительного воздействия сдвиговых напряжений тиксотропный материал приобретает реологические свойства, не зависящие от времени. После прекращения воздействия в объеме неподвижного тиксотропного материала постепенно вновь образуется пространственная структура.
|
|
|
Коэффициент тиксотропии – отношение вязкости до механического разрушения к вязкости после механического разрушения.
Оптические свойства дисперсных систем
При пропускании света через дисперсную систему он может отражаться или рассеиваться частицами. Это зависит от соотношения длины волны и размеров частиц, на которые падает световой поток.
В грубодисперсных системах размер частиц больше длины волн видимого света (760-400 нм). Поэтому световые лучи не могут обойти эти частицы, отражаются от их поверхности и преломляются на границе раздела частиц со средой. Отражение света проявляется в мутности таких систем.
Если размеры частиц меньше половины длины волны света, то волны света, встречаясь с такими мелкими частицами, огибают их и рассеивают во всех направлениях. Следовательно, в истинных и коллоидных растворах видимый свет рассеивается, а в проходящем свете эти растворы прозрачны. В истинных растворах низкомолекулярных веществ светорассеивание ничтожно, так как растворенное вещество раздроблено до небольших молекул или ионов и нет препятствий для прохождения лучей видимого света. В коллоидных растворах рассеивание достигает наибольшей интенсивности. Коллоидная частица, рассеивая свет, сама при этом как бы становится источником света. Это свечение называется опалесценцией.
|
|
|
При освещении коллоидного раствора ярким световым пучком путь его виден при наблюдении сбоку в виде светового конуса (смотреть на рисунке снизу).
Этот эффект был впервые исследован Д. Тиндалем и назван его именем. Им пользуются для отличия коллоидных растворов от истинных.
Рисунок - Рассеивание света истинным раствором (I) и коллоидным раствором (2).
Интенсивность рассеянного света определяется уравнением Дж.Рэлея:
,
где 
-интенсивность падающего света; К - постоянная, зависящая от разности между показателями преломления дисперсной фазы и дисперсной среды; V- объем частицы; С - число частиц в единице объема (частичная концентрация), 
- длина волны падающего света.
|
|
|
Из уравнения следует, что интенсивность светорассеивания усиливается при увеличении концентрации частиц и их размера (но с диаметром не более 40-70 мм), коротковолновом облучении и при значительном отличии показателей преломления дисперсной фазы и дисперсной среды. На явлении рассеивания света коллоидными частицами основаны методы их исследования: ультрамикроскопия и нефелометрия, с помощью которых определяют размеры, форму и концентрацию частиц дисперсной фазы в коллоидно-дисперсных системах.
Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 764; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!