Лекция 09

Тема II. Молекулярно-кинетические свойства
дисперсных систем
§ 1. Броуновское движение и его молекулярно-кинетическая природа
Броуновским называют непрерывное, хаотическое, равновероятное для всех
направлений движение мелких частиц, взвешенных в жидкости или газе, за счет
воздействия молекул газа
Средний
сдвиг
частиц
аэрозоля
(за 1 с)
r, м
,м
10-9
10-7
10-5
1.28*10-3 1.68*10-7 1.23*10-8
Броуновским движение наиболее ярко выражено у высокодисперсных систем, а
его интенсивность зависит от дисперсности. Для высокодисперсных систем
средний сдвиг составляет около 1мм, для среднедисперсных – около 1 мкм, в
случае систем с размерами частиц больше 10 мкм броуновским движением
частиц дисперсной фазы можно пренебречь
§ 2. Диффузия
Диффузией называют самопроизвольное распространение вещества из области с
большей концентрацией в область с меньшей концентрацией. Различают
молекулярную диффузию , ионную диффузию и диффузию коллоидных частиц
1-й закон Фика (одномерная стационарная диффузия)
2-й закон Фика (одномерная нестационарная диффузия)
Значения
коэффициентов
диффузии D, м2/с
(в жидкости)
ионная
молекулярная
коллоидных
частиц
10-8
10-9
10-10
Эйнштейн и Смолуховский, постулировав единство природы броуновского и
теплового движения, установили количественную связь между средним
сдвигом частиц (амплитудой смещения) и коэффициентом диффузии частиц D
Уравнение Эйнштейна-Смолуховского
Уравнение Эйнштейна
Уравнение Эйнштейна-Смолуховского
Если к движению частиц можно применить закон Стокса, то:
Закон Стокса
Уравнение Эйнштейна-Смолуховского
В воздухе коэффициент диффузии частиц радиусом 1 нм составляет порядка
10-6 м2/с, 100 нм – 10-8 м2/с, 10 мкм – 10-10 м2/с. Для грубдодисперсных систем
коэффициент диффузии пренебрежимо мал, а диффузией частиц можно
пренебречь.
Диффузия в полной мере проявляется у высокодисперсных систем, ослаблена
у среднедисперсных и практически отсутствует у грубодисперсных.
§ 3. Осмотическое давление золей
При разделении двух растворов различной концентрации или раствора и
чистого растворителя полупроницаемой перегородкой (мембраной), возникает
поток растворителя от раствора с меньшей концентрацией (растворенного
вещества) к раствору с большей концентрацией (растворенного вещества),
приводящий к уравниванию концентраций. Этот процесс называется осмосом.
раствор 1 (менее концентрированный)
h
мембрана
С2>>C1 (µ2>>µ1)
раствор 2 (более концентрированный)
Осмотическое давление – это такое избыточное давление над раствором,
которое необходимо для исключения переноса растворителя через мембрану.
Осмотическое давление равно тому давлению, которое производило бы
растворенное вещество, если бы оно в виде газа при той же температуре
занимало бы тот же объем, что и раствор.
Уравнение Вант-Гоффа (справедливо для
разбавленных молекулярных растворов)
Уравнение Вант-Гоффа (справедливо для
разбавленных растворов слабых электролитов)
Лиозоли ( - частичная концентрация)
Осмотическое давление лиозоля увеличивается с
ростом числа частиц в единице объема (даже при
постоянной массе частиц дисперсной фазы)
r1=r2, 12, c1c2
c1=c2, 12, r1  r2
Осмотическое давление коллоидных растворов (высокодисперсных систем с
жидкой дисперсионной средой) невелико и составляет несколько миллиметров
водного столба (1 мм.водн.ст.  10 Па)
Осмотическое давление истинных растворов значительно выше и составляет:
35 атм – для сока сахарной свеклы, 25 атм – для экстракта кофе, 1, 5 атм – для
фруктовых соков, 60 атм – для 6 %-ного раствора сахара