Седиментаційна стійкість - студопедія

Дисперсні системи характеризуються значним надлишком вільної нескомпенсованих поверхневої енергії

пов'язаним як з великою питомою поверхнею S. обумовленої наявністю роздробленою дисперсної фази, так і з порівняно високими значеннями міжфазного поверхневого натягу. Цей надлишок визначає принципову нестійкість ліофобних дисперсних систем. В результаті в них протікають процеси, що ведуть до зниження дисперсності (укрупнення частинок дисперсної фази) і, в кінцевому підсумку, до руйнування дисперсних систем, тобто поділу на дві макрофази. Тому мова може йти лише про відносну термодинамічної стійкості дисперсних систем.

Стійкість - це здатність дисперсних систем зберігати свій склад незмінним, коли концентрація дисперсної фази і розподіл часток за розмірами залишаються постійними в часі.

Проблема стійкості - одна з центральних проблем колоїдної хімії, це проблема «життя і смерті» дисперсних систем. На практиці, часто доводиться вирішувати дві протилежні завдання: зберегти дисперсних систем або зруйнувати її. Наприклад, стійкими повинні бути харчові маси. Вода природних водойм представляє собою дисперсних систем, яку для використання необхідно очистити - перевести в осад все домішки, тобто зруйнувати.

Розрізняють два види стійкості: седиментаційну і агрегатівную.

Седиментаційна стійкість - це здатність системи протидіяти осіданню частинок (силі тяжкості).

Протидія силі тяжіння залежить від розмірів частинок. Для великих (середньо- і грубодисперсних) частинок - це сила тертя, для дрібних (високодисперсних) - теплове (броунівський) рух.

Нехай r - радіус частинок дисперсної фази (сферичний); # 961; - щільність частки; # 961; 0 - щільність дисперсійного середовища; m - в'язкість дисперсійного середовища; V - об'єм частинки.

На частку діють сили:

1) гравітаційна сила Fсед

де g - прискорення вільного падіння.

Для сферичної частинки

де d - діаметр частинки.

2) сила тертя при осіданні частки Fтр:

де В - коефіцієнт тертя;

Uсед - швидкість осідання частинки.

Сила тертя пропорційна в'язкості дисперсійного середовища:

3) теплове (броунівський) рух, наслідком якого є дифузія, яка прагне вирівняти концентрацію частинок по всьому об'єму:

Підвищити седиментаційну стійкість дисперсної системи можна за рахунок наступних чинників:

1) зниження сили тяжіння: досягається шляхом зменшення розміру часток за допомогою пристроїв для подрібнення дисперсної фази - диспергаторов (зменшення діаметра частинки в 2 рази призводить до зниження сили тяжіння в 8 разів)

2) підвищення в'язкості середовища: досягається при введенні різних добавок, що підвищують в'язкість (сиропи, желатин)

3) забезпечення зберігання дисперсної системи при температурі, не нижче встановленої норми, так як при зниженні температури зменшується броунівський рух, а, отже, і седиментаційна стійкість (наприклад, якщо поставити вино в холодильник, може утворитися осад).

Для порушення седиментаційною стійкості необхідно навпаки збільшити силу тяжіння, для чого застосовується відцентрове поле (сепарування, центрифугування). Наприклад, при сепарування молока емульсія руйнується і виділяється молочний жир, крапельки якого є дисперсною фазою системи.