Типы дисперсных систем
В табл. 2.1 приведена классификация дисперсных систем по размеру частиц дисперсной фазы (дисперсности) и по числу молекул (атомов) вещества дисперсной фазы в одной частице. Указаны также методы, которыми можно “увидеть” частицы такого размера и измерить их размер.
Таблица 2.1
| Дисперсность | Линейный размер, м | Число молекул (атомов) в одной частице | Метод наблюдения |
| Макроскопическая | 10-4 – 10-2 | > 1018 | Видны глазом |
| Микроскопическая | 2∙10-7 – 10-4 | 109 - 1018 | Оптический микроскоп |
| Коллоидная (наноразмерная) | 10-9 – 10-7 | 10 – 109 | Методы светорассеяния (электронная микроскопия и др) |
При макроскопической и микроскопической дисперсности (табл. 2.1) падающий луч света, встречаясь с частицами, может отражаться, преломляться или поглощаться (действуют законы геометрической оптики). Частицы такого размера можно видеть глазом либо в оптический микроскоп. Если частицы имеют коллоидные размеры, наблюдается оптическое явление, характерное только для высокодисперсных систем, - рассеяние света с определенной длиной волны (λ < 400 нм) на частицах. Благодаря этому явлению можно видеть частицы, размер которых (d) лежит в пределах (λ / 20) < d < (λ / 2).
В табл. 2.2 приведены типы дисперсных систем в зависимости от агрегатного состояния дисперсной фазы и дисперсионной среды.
Таблица 2.2
| Дисперсионная среда | Дисперсная фаза | Тип дисперсной системы | Примеры |
| Газ (воздух) | Жидкость Твердое вещество | Аэрозоль Аэрозоль | Туманы, облака Пыль, дым |
| Жидкость | Газ Жидкость Твердое тело | Газовая эмульсия, пены Эмульсия Лиозоль, суспензия | Мыльная пена Молоко, сырая нефть Золи металлов в воде, краски |
|
|
|
Продолжение табл. 2.2
| Твердое вещество | Газ Жидкость Твердое тело | Пористые и капиллярные системы (твердые пены) Твердые эмульсии, гели Твердые коллоидные растворы | Пенопласты, пенобетон, шлаки, активированный уголь Минералы,жемчуг, желе Сталь, сплавы, стекла, металлокерамика |
Смачивание
Смачиванием называется поверхностное явление, заключающееся во взаимодействии жидкости с твердым телом (или другой жидкостью) при наличии одновременного контакта трех несмешивающихся фаз, одна из которых – газ (чаще – воздух с насыщенным паром жидкости). Мерой смачивания служит краевой угол смачивания θ (или cosθ).
Рассмотрим каплю жидкости, нанесенную на идеально ровную горизонтальную поверхность твердого тела. В зависимости от природы жидкости и твердого тела будут наблюдаться явления, показанные на рис. 2.1.
|
|
|
Рис. 2.1. Равновесный краевой угол смачивания поверхности (θ):
a, б – при хорошем смачивании; в – при плохом смачивании;
контактирующие фазы: 1 – газ (пар), 2 - жидкость, 3 - твердое тело
Косинус равновесного краевого угла смачивания cos θ (рис.2.1б) определяется из условия уравновешивания всех межмолекулярных сил (f), действующих по периметру площади контакта трех фаз.
Для межфазной границы справедливо равенство:
σ = (Gпов/Ω) Дж/м2 = (f / L) Н/м, где Ω – площадь соприкосновения твердой и жидкой фаз,
L – длина периметра площади соприкосновения трех фаз.
Поэтому косинус угла смачивания определяется удельными поверхностными энергиями σ2/1, (жидкость - газ), σ3/1 (твёрдое тело - газ) и σ3/2 (твердое тело - жидкость), связанными соотношением
. (2.1)
Cлучаю полного растекания жидкости по поверхности (идеальному смачиванию) соответствует θ = 0° (соs θ = 1) При сохранении капли в форме шара (полное несмачивание) θ= 180° (cos θ = - 1). При θ = 900 (сos θ = 0) капля имеет форму полусферы, а поверхность инертна по отношению к жидкости (межмолекулярные взаимодействия на границах твердое тело – газ и твердое тело- жидкость одинаковы).
При тупом краевом угле смачивания (180o >θ> 90°) смачивание называют плохим (рис. 2.1в), а при остром - (0o <θ< 90°) смачивание называется хорошим (2.1а,б).
|
|
|
В общем случае поведение капли жидкости на твердой поверхности определяется природой (химическим строением) вещества жидкой и твердой фаз. Поверхность из неполярных или малополярных веществ со слабыми межмолекулярными взаимодействиями (углерод, полиэтилен, тефлон, парафин и другие углеводороды, чистые металлы) плохо смачивается водой (полярное вещество, сильные межмолекулярные взаимодействия за счет водородных связей) и является гидрофобной (угол θ > 90o), но хорошо смачивается органическими (малополярными) жидкостями и по отношению к ним является лиофильной (θ < 90o).
И наоборот, поверхность из веществ с полярными молекулами и сильными межмолекулярными взаимодействиями, ионных кристаллов (стекло, минералы, гипс, оксиды металлов) хорошо смачивается водой и является гидрофильной (θ < 90o), но плохо смачивается неполярными органическими жидкостями (углеводороды) и по отношению к ним является лиофобной (θ > 90o).
Практически любую поверхность можно как гидрофобизировать, так и гидрофилизировать, используя поверхностно-активные вещества – ПАВ, за счет разной ориентации дифильных молекул ПАВ на поверхности при их адсорбции из раствора (см., например, рис. 1.6).
|
|
|
Дата добавления: 2015-12-21; просмотров: 129; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!