Deryagins regelformulering. Kolloidal kjemi: Lærebok. med mildt uttrykte hydrofobe egenskaper

Målet med arbeidet: Syntese av jernhydroksidhydrosol ved kondensasjonsmetode; bestemme terskelen for elektrolyttkoagulering av en sol og studere dens avhengighet av ladningen til det koagulerende ion; bestemmelse av beskyttelsestallet til en stabilisator (forbindelse med høy molekylvekt). (Arbeidet varer i 3 timer)

Kort teoretisk innføring

Jernhydroksidhydrosol syntetiseres ved kondensasjonsmetoden ved å utføre hydrolysereaksjonen av jernklorid ved 100ºC:

Hydrolysereaksjonen av FeCl 3 fortsetter intensivt med dannelse av svært dispergerte vannuløselige Fe (OH) 3-partikler.

Den aggregerte stabiliteten til jernhydroksidsolen sikres først og fremst ved tilstedeværelsen av doble elektriske lag på overflaten av spredte partikler. Elementærpartikkelen til en slik sol kalles en micelle. Micellen er basert på et aggregat som er uløselig i et gitt dispersjonsmedium og består av mange molekyler (atomer): n, hvor n er antall molekyler (atomer) som inngår i aggregatet.

Overflaten til aggregatet kan lades på grunn av den selektive adsorpsjonen av ioner fra dispersjonsmediet eller dissosiasjonen av molekyler i aggregatets overflatelag. I samsvar med Peskov-Fajans-regelen, adsorberes ioner som er en del av aggregatet eller som spesifikt interagerer med det, hovedsakelig. Ionene som gir en overflateladning til aggregatet kalles potensialbestemmende. Det ladede aggregatet danner kjernen i micellen.

Med denne metoden for å oppnå jernhydroksidsol har n·m Fe 3+-kjernen en positiv overflateladning på grunn av adsorpsjonen av Fe 3+-ioner fra mediet (m er antall adsorberte ioner). Ladningen til kjernen kompenseres av den ekvivalente ladningen av motsatt ladede ioner - motioner lokalisert i volumet av mediet.

Motioner lokalisert direkte på overflaten av kjernen (i avstander nær diameteren til ionene), i tillegg til elektrostatiske krefter, opplever krefter av adsorpsjonsattraksjon av overflaten. Derfor er de spesielt tett bundet til micellekjernen og kalles motioner i adsorpsjonslaget (deres antall er m - x). De gjenværende motionene utgjør et diffust konstruert ionisk skall og kalles motioner av det diffuse laget (deres antall tilsvarer x).

Den hydrofobe solmicellen er elektrisk nøytral. Formelen til en micelle av en ionestabilisert jernhydroksidsol kan skrives som følger:

aggregert potensial - motioner ioner diffunderer

definerer tett lag

ioner laget

_______________________

micelle kjerne

_________________________________________

kolloidal partikkel

______________________________________________________

I micelleformelen er grensene til den kolloidale partikkelen angitt med krøllete parenteser. Adsorpsjonslagtykkelse δ liten (< 1 нм) и постоянна. Толщина диффузного слоя λ betydelig større (kan være > 10 nm) og er sterkt avhengig av konsentrasjonen av elektrolytter i systemet.

I følge Gouy-Chapman-teorien er motionene til den diffuse delen av EDL fordelt i overflatepotensialfeltet i samsvar med Boltzmanns lov. Teori viser at potensialet i den diffuse delen av laget avtar eksponentielt med avstanden. Ved et lite potensial uttrykkes denne avhengigheten ved ligningen

φ = φ δ e – χ x(1)

Hvor φ δ – potensialet til det diffuse laget; X– avstand fra begynnelsen av den diffuse delen av DES; χ er den resiproke av tykkelsen til den diffuse delen av laget.

Tykkelsen av den diffuse delen av laget er tatt for å være avstanden hvor potensialet til den diffuse delen av laget φ δ reduseres med e ganger.

I samsvar med samme teori er tykkelsen på den diffuse delen av laget lik:

Hvor ε 0 - elektrisk konstant; ε - relativ dielektrisk konstant for mediet; F– Faraday konstant; Jeg- ionestyrken til løsningen; c 0 i– ionekonsentrasjon i løsning; z i– ladning av elektrolyttionet.

Det følger av ligningen at λ avtar med økende konsentrasjon av elektrolytten og ladningen av dens ioner og med synkende temperatur.

Når en fase beveger seg i forhold til en annen på glideplanet, bryter EDL (som regel i den diffuse delen) og utseendet til elektrokinetisk ("zeta") ζ – potensial (se fig. 1).

I prosessen med koagulering av et sterkt dispergert lag av jernhydroksid, dannes relativt små sedimentasjonsbestandige aggregater.

ghats. Derfor er det mest praktisk å studere koaguleringen av Fe(OH) 3-partikler ved å bruke den turbidimetriske metoden. Anvendeligheten av denne metoden er basert på den sterke avhengigheten av lysspredningsintensiteten av partikkelstørrelsen. Når partikler koagulerer, øker det, og den optiske tettheten til solen øker tilsvarende. Siden når en lysstrøm passerer gjennom fargede soler, blir en del av lyset spredt og en del absorbert, når man studerer koagulasjon i slike systemer ved turbidimetri, er det nødvendig å utelukke absorpsjon av lys. For Fe (OH) 3 sol kan dette oppnås ved å ta målinger med rødt filter, d.v.s. ved bølgelengden til innfallende lys λ = 620 – 625 nm.

Terskelen for rask koagulering bestemmes av terskelvolumet av elektrolytt V til(ml), hvor den optiske tettheten til solen når sin maksimale verdi, og endres ikke med ytterligere tilsetning av elektrolytten. Verdien av c k beregnes ved å bruke formelen:

Hvor fra til– konsentrasjon av den innførte elektrolytten, mol/l; V– volum sol, ml.

For å forhindre aggregering av partikler og beskytte hydrosoler mot koagulasjonseffekten av elektrolytter, brukes høymolekylære forbindelser og kolloidale overflateaktive stoffer som er løselige i vann, som proteiner, såper, stivelse og dekstrin. Deres stabiliserende effekt er basert på dannelsen av adsorpsjonsgellignende filmer på overflaten av partikler i den dispergerte fasen og er assosiert både med en reduksjon i grensesnittspenningen og med de strukturelle og mekaniske egenskapene til overflatelagene.

Beskyttelsesevnen til polymerer eller overflateaktive stoffer i forhold til den valgte solen er karakterisert ved beskyttelsestallet S– mengden stoff som kreves for å stabilisere en enhetsvolum av solen. Sikkerhetsnummer S, samt koagulasjonsterskelen fra til, bestemt ved turbidimetri. Sikkerhetsnummer S(g/l sol) beregnes ved å bruke ligningen:

Hvor med st– konsentrasjon av stabilisatorløsning, g/l; V def– volum stabilisatorløsning nødvendig for å forhindre koagulering av solen, ml.

Ved koagulering med elektrolytter i henhold til konsentrasjonsmekanismen (for høyt ladede partikler), er koagulasjonsterskelen c til omvendt proporsjonal med ladningen z koagulerende ion til sjette potens, dvs.

Figur 2. Avhengighet av optisk tetthet D sol fra volumet av elektrolytt - koagulator V el.

Figur 3. Avhengighet av optisk tetthet D sol fra volumet av stabilisatorløsning V st.

Betydning V def tilsvarer volumet av stabilisator i asken som inneholder terskelvolumet V til elektrolytt, som på avhengighetskurven D= f(V st) vises en nedre horisontal del (fig. 3).

Instrumenter og målemetoder

Fotoelektrisk kolorimeter type FEK – 56M

Elektrisk komfyr

250 ml konisk kolbe

20 ml rør

25 ml byretter og graderte pipetter

2 % (vekt) natriumsulfatløsning

0,5 M natriumacetatløsning

0,01 % (vekt) gelatinløsning

For å oppnå Fe (OH) 3 hydrosol, helles 10 ml jern(III)kloridløsning i en kolbe med 250 ml kokende destillert vann. Den resulterende solen, rødbrun i fargen, avkjøles til romtemperatur.

10 ml sol, vann og elektrolytt (Na 2 SO 4 eller CH 3 COONa-løsning) helles i 10 reagensglass i følgende volumer:

Rørnummer... 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Volum vann, ml...... 10,0 9,0 8,5 8,0 7,5 7,0 6,5 6,0 5,5 5,0

Elektrolyttvolum

V el, ml………………. 0 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0

Elektrolytten introduseres i hver solprøve 2-4 minutter umiddelbart før dens optiske tetthet måles.

Den optiske tettheten til solen i hver kolbe måles ved hjelp av et fotoelektrisk kolorimeter ved bruk av et lysfilter nr. 8 eller nr. 9.

Arbeidssekvens

De innhentede dataene er registrert i tabell 1.

Tabell 1 . Resultater av studiet av koagulering av jernhydroksidsol ved optisk metode.

Nåværende side: 16 (boken har totalt 19 sider) [tilgjengelig lesepassasje: 13 sider]

Font:

100% +

99. Antagonisme og synergisme i virkningen av elektrolytter på koagulasjonsprosessen

Gjensidig koagulasjon oppstår når to kolloider med forskjellige ladningstegn blandes. Hvert kolloid kan betraktes som en elektrolytt, der ett ion er normalt og det andre har en enorm masse. Det følger at et kolloid med positivt ladede partikler vil spille rollen som en koagulerende elektrolytt for en sol med negative partikler, og omvendt. Naturligvis skjer den mest komplette koaguleringen ved et visst optimalt forhold mellom kolloide løsninger, tilsvarende gjensidig nøytralisering av partikler. Hvis det er et overskudd av en av kolloidene, vil delvis koagulasjon oppstå, eller systemet vil forbli stabilt med fortegn på ladningen av overskuddskolloidet (recharge). Resultatene av koagulering av kolloidale løsninger med blandinger av elektrolytter er forskjellige. Det er tre tilfeller her:

1) fenomenet additivitet;

2) ion-antagonisme;

3) ionesynergisme.

I arbeidene Yu. M. Glazman, E. Matievich og andre forfattere studerte en mer kompleks, men veldig viktig sak for praksis - koagulering med en blanding av elektrolytter.

Tilsetningsstoff Effekten er at koagulasjonskapasiteten i blandingen tilsettes aritmetisk etter blandingsregelen. I tilfelle av additiv virkning, hvis en elektrolytt tilsettes fra 1/2 til 1 sol, må du tilsette 2/2 for å oppnå koagulering. En additiv effekt observeres ofte, spesielt under koagulering med blandinger av elektrolytter med dominerende ioner med samme valens.

Det har lenge vært kjent at sammen med den additive koagulerende effekten av to motioner, observeres tilfeller av antagonisme og synergisme i deres handling, som er svært viktig ikke bare for mange teknologiske prosesser, men også for å forstå mønstrene for effekten av ioner på organer og vev til en levende organisme, hvor biologisk aktive ioner ofte opptrer som antagonister eller synergister.

Koagulasjonsvirkningen til en elektrolytt begynner i nærvær av en annen, som er et fenomen som observeres i blandinger av ioner med forskjellige valenser (for eksempel Al 3+ og R +), så vel som under koagulering av en negativ sol. Årsakene til avvik fra additivitet kan være en elektrostatisk reduksjon i aktiviteten til ionet i en blanding av elektrolytter og kompleksdannelse.

Ved koagulering med blandinger av elektrolytter, i noen tilfeller, observeres ionesynergisme (den motsatte effekten av fenomenet antagonisme, det vil si når koagulasjonseffekten til en elektrolytt øker i nærvær av en annen). Ved lave konsentrasjoner av elektrolytter gjennomgår kolloidale løsninger koagulering. Ved å i tillegg lage adsorpsjonslag på overflaten av kolloidale partikler med forbedrede strukturelle og mekaniske egenskaper, kan stabiliteten til løsninger mot elektromagnetisk koagulasjon økes betydelig. Disse lagene kan forhindre koagulering av elektrolytter. Slik stabilisering av solen med hensyn til elektroner ved å tilsette en liten mengde av en løsning av høymolekylære forbindelser (gelatin, agar-agar, eggalbumin, etc.) kalles beskyttelse.

Beskyttende soler er svært motstandsdyktige mot elektrolytter. For eksempel blir kolloidale løsninger av sølv, som er beskyttet av proteinstoffer og brukt som medisiner (protargal, collargal), ufølsomme for elektrolytter og kan fordampes til tørrhet. Etter behandling med vann omdannes den tørre resten igjen til en sol. Imidlertid er ikke de beskyttende effektene til forskjellige stoffer den samme. En mengde av et stoff som er tilstrekkelig til å forhindre koagulering av en bestemt sol, under visse standardbetingelser, tjener som et mål på beskyttende virkning. For eksempel er "Golden Number" av gelatin 0,01, noe som betyr at 0,01 mg av det beskytter 10 ml. Gullsol fra koagulering 1 ml 10 % NaCl-løsning “Gyldent tall” av eggalbumin – 2,5, stivelse – 20. På lignende måte kan du vurdere “Sølvnummer”, “Svovelnummer”, etc.

100. Koagulering av sterkt og svakt ladede soler

I prosessen med utvikling av kolloidal kjemi oppsto det mange teorier som forsøkte å koble stabiliteten til hydrofobe soler (spesielt koagulasjonseffekten av elektrolytter) med visse parametere i systemet og fenomener som oppstår under interaksjonen av den dispergerte fasen med dispersjonsmedium. Den mest vellykkede var den moderne stabilitetsteorien, som bærer navnet til sovjetiske forskere og er utpekt som DLFO-teorien (B.V. Deryagina, L. D. Landau, E. Fairway, J. Overbeck). I følge DLPO-teorien forårsaker en økning i elektrolyttkonsentrasjonen i et dispersjonsmedium en reduksjon i tykkelsen på det diffuse laget. Tykkelsen på det diffuse laget avtar til en størrelse der kreftene til molekylær tiltrekning begynner å virke. Som et resultat av dette oppstår et tap av aggregativ og deretter kinetisk stabilitet. DLFO-fysikalske teorien om koagulasjon representerer den første kvantitative teorien. Den kan brukes til å beregne koagulasjonsterskelen. Som en konsekvens følger Schulze-Hardy-regelen fra denne teorien.

Deryagins "sjettegradslov" Z 6 Z 6 etablerer avhengigheten av koagulasjonsterskelen eller koagulasjonsevnen ( V k = 1/Sk) på ladningene til ionet. Mengder V k for en-, to- og tre ladede motioner korrelerer med hverandre som 1:64:729 i samsvar med Schulze-Hardy-regelen.

Hvis koagulering oppstår som et resultat av kortdistanseinteraksjon av partikler, er slike systemer ustabile, og koagulering er irreversibel i de fleste tilfeller, siden dybden av det første minimum vanligvis er større enn kT. Nedgangen i barrierehøyde kan være forårsaket av spesifikk adsorpsjon. Derfor kan vi snakke om to typer koagulasjon: konsentrasjon og adsorpsjon.

Det skal bemerkes at en sammenligning av den betraktede enkle teorien med eksperiment for z > 2 ikke er mulig, siden denne versjonen av teorien ikke tar hensyn til ψ 1 (c) for multiplisatorladede motioner, relatert til både størrelse og fortegn. av ψ 1.

Med videreutvikling av DLFO-teorien for gjensidig fiksering av partikler i det andre minimum, kan man komme frem til en eksponentverdi på 3,5–2,5. Dette bekreftes av imaginære eksperimentelle data om videre interaksjon.

Alt fellesarbeid er basert på DLVO-teorien, som etablerer en sammenheng mellom egenskapene til det elektriske laget og stabiliteten til spredte systemer. I disse arbeidene blir mer komplekse tilfeller vurdert (for eksempel tatt i betraktning adsorpsjon av ioner), og følgelig endringer i ψ 1, noe som fører til fenomenet koagulasjonssoner.

Ideen om den elektriske naturen eller frastøtingen blir mer legitim når det etableres en forbindelse mellom koagulasjonssoner og arten av endringer i ψ 1 i løsninger av elektrolytter med flerladede motioner. Med samme ladning av partikler i dispersjonsfasen av samme sammensetning, virker det åpenbart at de bør frastøte hverandre elektrostatisk.

Følgelig, innenfor rammen av en kvalitativ vurdering, oppstår frastøtende krefter når det diffuse laget deformeres, og for å nærme seg partiklene, må de overvinne en barriere som er høyere, jo høyere ψ 1, og jo lenger etterslep fra overflaten , jo større er tykkelsen på det diffuse laget.

For multivalente motioner reduseres verdiene av ψ 1 med økende konsentrasjon mye raskere, noe som forklarer Schulze-Hardy-regelen.

101. Flokkulering, heterokoagulasjon (definisjoner, eksempler)

Flokkulering- en type koagulering som fører til dannelse av løse, flassende koagulater - flokker.

I mange tilfeller går stabilitetens avhengighet, uttrykt gjennom en hvilken som helst kvantitativ karakteristikk, for eksempel c, av mengden tilsatt "beskyttende" kolloid (PMC), gjennom et klart definert minimum. Med andre ord, motstanden avtar når spiral tilsettes i en mengde som er utilstrekkelig til å gi en beskyttende effekt. Dette fenomenet, spesielt karakteristisk for lineære makromolekyler som bærer polare grupper i begge ender av kjeden (for eksempel polyvinylalkoholer), er for tiden forklart av det faktum at et langt polymermolekyl er festet i to ender til to forskjellige partikler av den dispergerte fasen, holde dem sammen med en "hydrokarbonbro".

Kvantitativ tolkning av flokkuleringsfenomenet utført i teorien La Mera basert på synspunkter I. Langmuir , viste at sannsynligheten for adsorpsjon ved den andre enden på den andre partikkelen for molekyler som allerede er adsorbert på den første partikkelen vil være større, jo større antall av disse molekylene og jo større fraksjon av fri overflate. Følgelig tilsvarer minimumsstabiliteten halvparten av fyllingen av overflatelaget med makromolekyler.

Dette fenomenet (flokkulering), på grunn av den komparative billigheten til flokkuleringsmidler, er mye brukt til sedimentering av suspensjoner, soler, og spesielt for rensing av naturlig og avløpsvann.

Heterokoagulasjon– interaksjon mellom partikler av ulik sammensetning eller størrelse. Konseptet med heterokoagulasjon er generelt; det inkluderer, som et spesielt tilfelle, samspillet mellom to identiske organer i det aktuelle tilfellet.

Et eksempel på heterokoagulering er gjensidig koagulasjon motsatt ladede partikler. I dette tilfellet endrer de elektrostatiske kreftene tegn og blir tiltrekningskrefter. Fraværet av en energibarriere fører til rask koagulasjon til enhver verdi Med.

Denne prosessen er ganske mye brukt for praktisk ødeleggelse av spredte systemer, noe som er spesielt viktig i forbindelse med problemet med å rense naturlig og industrielt vann. Således, ved vannforsyningsstasjoner, før vann kommer inn i sandfiltre, tilsettes Al 2 (SO 4) 3 eller FeCl 3 til det; positivt ladede soler av Fe- eller Al-oksidhydrater, dannet som et resultat av hydrolyse, forårsaker rask koagulering av suspenderte negativt ladede jordpartikler. Fenomenet med gjensidig koagulering av soler er av stor betydning i en rekke naturlige og teknologiske prosesser. Gjensidig koagulering er vanlig i naturen (for eksempel ved blanding av sjø- og elvevann). Koagulering av elvevannskolloider skjer som følger. Ioner av sjøvannssalter adsorberes på ladede kolloidale partikler av elvevann. Som et resultat av adsorpsjon slippes partiklene ut, kombineres til store aggregater og legger seg. Derfor samler det seg gradvis mye silt i bunnen, og senere dannes øyer og stimer. Slik ble deltaene til mange av elvene våre dannet.

Anvendelse av DLFO-teori til heterokoagulasjonsprosesser viser at i noen tilfeller endres tegnet på ikke bare U ter, men også U. Naturen til London-styrker i disse tilfellene endres ikke; de er alltid tiltrekningskrefter. En betydelig rolle i prosessen med fiksering av adsorberte kolloider spilles av deres koagulering, forårsaket av de motsatte ladningene til de adsorberte partiklene og overflaten av adsorbenten.

L. A. Kulsky fastslått at det ikke er de kolloidale urenhetene i vann som gjennomgår koagulering, men hydroksydene som dannes under hydrolysen av koaguleringsmidlet. Vannrensing i seg selv skjer ikke som et resultat av koagulering, men på grunn av adsorpsjon av kolloidale urenheter på overflaten av hydroksyder. Koagulering av aluminiumhydroksidpartikler og deres tilhørende nedbør fra vann skjer under påvirkning av elektrolytter oppløst i vann.

102. Påvirkning av elektrolytter på det elektrokinetiske potensialet. Koagulasjonssone

Omfanget ζ -potensialet bestemmes av det totale innholdet av elektrolytter i løsningen. En økning i konsentrasjon innebærer en reduksjon i tykkelsen på det diffuse laget og er derfor ledsaget av en reduksjon i det elektrokinetiske potensialet. Det avhenger ikke bare av konsentrasjonen av ioner, men også av deres valens, og motioner, dvs. ioner hvis ladning er motsatt av ladningen til partiklene, spiller en spesielt viktig rolle. Spesielt sterk innflytelse på ζ -potensialet utøves av monovalente komplekse organiske ioner (fargestoffer, alkaloider, etc.), hvis påvirkning er i samsvar med påvirkningen på potensialet til toverdige uorganiske ioner.

Erfaring viser at hydrogen- og hydroksylioner, høyvalensioner (AI 3+, Fe 3+, PO 3-, sitrationer, etc.), samt komplekse organiske ioner av alkaloider og fargestoffer ikke bare er i stand til å redusere kraftig ζ -potensial, men også ved en viss konsentrasjon forårsake en endring i fortegn.

Under koagulering må partiklene nærme seg hverandre til en avstand der energien til gjensidig tiltrekning ville være større enn energien til termisk (brownsk) bevegelse, som flytter partiklene bort fra hverandre. Den nødvendige tilnærmingen forhindres av elektrostatisk frastøtning som oppstår når de ioniske skallene til det diffuse laget kommer i kontakt. Når en elektrolytt introduseres i en kolloidal løsning, oppstår to uavhengige prosesser.

Først- utveksling av adsorpsjon av ioner i det ytre diffuse skallet, dvs. utveksling av ioner i det diffuse laget for de dominerende ionene til den innførte elektrolytten; dette forklarer deres medføring i koagulet.

Andre prosess– komprimering av dette diffuse laget, som et resultat av at en del av ionene går inn i den indre (Helmholtz) delen av det doble elektriske laget. På grunn av reduksjonen i tykkelsen på det diffuse laget, får kolloidale partikler muligheten for nærmere tilnærming uten at det oppstår frastøtende krefter mellom dem; på en tilstrekkelig liten avstand er kreftene til gjensidig tiltrekning i stand til å forårsake adhesjon og koagulering av partikler.

Komprimeringen av det elektriske dobbeltlaget kan bedømmes ved fallet ζ -potensial, som vanligvis observeres når elektrolytten tilsettes. Fallet er ikke i seg selv årsaken til koagulasjon, men fungerer som en indikator på endringer som skjer i strukturen til det elektriske dobbeltlaget. Forbindelse ζ - potensialet med koagulasjon er tydelig manifestert i forekomsten av uregelmessige rader eller soner med koagulasjon og kan betraktes med et eksempel. Ioner av tre- og fireverdige metaller, samt store organiske kationer, oppfører seg på en helt spesiell måte når de tilsettes en negativ sol i økende mengder. Til å begynne med, når de når koagulasjonsterskelen, forårsaker de, som andre koagulerende ioner, koagulering av solen (den første koagulasjonssonen). Deretter, i en ny del av solen ved en høyere elektrolyttkonsentrasjon, oppstår ikke koagulering (stabilitetssone). Videre, ved en enda høyere elektrolyttkonsentrasjon, skjer koagulering igjen (andre koagulasjonssone). I den andre stabilitetssonen, som lett kan fastslås ved elektroforese, har kolloidale partikler ikke lenger en negativ ladning, men en positiv. Det er klart at høyt adsorberte høyt ladede kationer og store organiske kationer kan komme inn i Helmholtz-delen av dobbeltlaget i superekvivalente mengder. På grunn av dette kommer anionene som følger dem inn i den diffuse delen av dobbeltlaget, noe som endrer tegnet ζ -potensiell.

Dette fenomenet kalles koagulasjonssoner, som består i fremkomsten av en andre stabilitetssone etter koagulasjonssonen med økende elektrolyttkonsentrasjon. I denne andre sonen viser partikkelladningen seg å være motsatt i fortegn til ladningen i den initiale stabilitetssonen. Med videre vekst Med til en ny kritisk verdi s"k den andre koagulasjonssonen begynner.

103. Kinetikk for rask koagulasjon. Smoluchowskis teori

I et smalt konsentrasjonsområde er det en rask økning v til en viss verdi som ikke endres med ytterligere økning Med. I samsvar med dette kan det skilles mellom tre klart avgrensede soner: stabilitet, langsom koagulering (med terskel sk m) og rask koagulering (med terskel sk b).

For med vekst Med høyden på energibarrieren U synker, vi kan forklare det observerte mønsteret ved at det ved c = sk m vises en viss sannsynlighet for at de "varmeste" partiklene passerer gjennom barrieren (T ≥ U) partikler; videre øker denne sannsynligheten og ved c > sk når b grenseverdien - en. Med andre ord, i denne regionen reduseres barrieren så mye at alle partikler overvinner den og antallet effektive kollisjoner som fører til sammenkobling av partikler ikke lenger endres. Dette tallet avhenger bare av partikkelkonsentrasjonen v og deres hastighet.

Den raske koagulasjonsregionen er definert som regionen der alle påvirkninger er effektive.

Å beregne v for denne regionen er betydelig forenklet, siden det handler om å telle antall kollisjoner. Imidlertid oppstår mange vanskeligheter her, siden det er nødvendig å ta hensyn til kollisjoner av ikke bare primære partikler, men også mer komplekse som dannes under koagulasjonsprosessen. Denne oppgaven ble strålende løst M. Smoluchowski (1916), som foreslo en kvantitativ tolkning av kinetikken til rask koagulasjon basert på vurderingen av Brownsk bevegelse (diffusjon) av partikler.

Prosesshastighet v er en funksjon av konsentrasjon v og intensiteten av Brownsk bevegelse, karakterisert ved diffusjonskoeffisienten D.

Koagulasjonskinetikken ble utviklet av M. Smoluchowski i forhold til det enkleste tilfellet med homogene sfæriske partikler. Når en kjent elektrolyttkonsentrasjon som tilsvarer stabilitetsgrensen er nådd, kolliderer de første enkeltpartiklene og danner doble partikler; de på sin side kolliderer med hverandre eller med primærpartikler, danner stadig mer komplekse (femdoble, seks, etc.) aggregater. Hvis vi betegner med p 1, p 2, p 3, ... konsentrasjonen av partikler som består av en, to, tre initiale, så er det totale antallet av alle partikler etter starten av koaguleringen Σp = p 1 + p 2 + p 3 + ...

Siden hver gang to partikler kombineres, dannes en (en halvering skjer), fortsetter koagulasjonsprosessen formelt som en bimolekylær reaksjon, det vil si at det totale antallet partikler avtar over tid i henhold til andreordens reaksjonskinetikkligning:

Hvor k– koagulasjonshastighetskonstant, avhengig av partikkog av tiltrekningssfærens radius.

Smoluchowskis teori har gjentatte ganger vært utsatt for eksperimentell testing. Verdier v(prosesshastighet) og ξ , (koagulasjonsperiode) bestemmes eksperimentelt: enten direkte - ved å telle antall partikler per volumenhet ved hjelp av den ultramikroskopiske metoden på forskjellige tidspunkter, med konstruksjon av kurver v – t, eller ved lysspredningsmetoden ved bruk av Rayleigh-formelen. Verdier v funnet av tangenten til helningsvinkelen til tangenten til kurven, verdiene ξ – ved tangenten til helningsvinkelen til den rette linjen i koordinater. Det skal bemerkes at for et omtrentlig estimat v Og fra til Tiden som går fra begynnelsen av eksponeringen for koagulasjonsmidlet til begynnelsen av merkbar turbiditet i løsningen brukes ofte, så vel som forholdet mellom den optiske tettheten (eller lysspredningen) til solen på et gitt standardtidspunkt ( for eksempel 1 eller 24 timer fra begynnelsen) til den opprinnelige optiske tettheten. Denne metoden kalles vanligvis turbidimetrisk eller nefelometrisk. Eksperimentell bekreftelse av teorien om rask koagulasjon er et utmerket bevis på riktigheten av de grunnleggende konseptene til teorien om diffusjon og Brownsk bevegelse.

104. Koagulasjonskinetikk. Reversibilitet av koagulasjonsprosessen. Peptisering

Teori utviklet av den sovjetiske fysikeren og kjemikeren N. A. Fuks i utgangspunktet for koagulering av aerosoler, tar hensyn til samspillet mellom partikler ved å introdusere verdien av energibarrieren i de kinetiske ligningene.

Hvor W– eller tilfeldighetsfaktor, som viser hvor mange ganger hastigheten på prosessen reduseres sammenlignet med rask koagulering.

Det er tydelig fra ligningen at koagulasjonen avtar kraftig med økende høyde på energibarrieren U, uttrykt i enheter kT, så vel som med en økning i tykkelsen på det diffuse laget (bremsing ved "fjerne" tilnærminger) og med en reduksjon i partikkelens radius.

Teori viser en lineær sammenheng W fra Med, bekreftet eksperimentelt. Den fysiske betydningen av resultatet tilsvarer det faktum at koagulasjonshastigheten i et kraftfelt viser seg å være større enn ved rask koagulering i fravær av et felt. Følgelig er påvirkningen av energiparametere på kinetikken til prosessen beskrevet av teorien om langsom koagulering.

Langsom koagulasjon kan forklares med den ufullstendige effektiviteten til kollisjoner på grunn av eksistensen av en energibarriere.

Reversibilitet av koagulasjonsprosessen– koagulerte systemers evne til å peptisere.

Nedbøren som faller under koagulering har en annen struktur. Noen av dem er tette og kompakte, noe som indikerer nær kontakt med partikler, og koagulering er irreversibel. Andre koagulater opptar et stort volum og har en løs, åpen struktur. Partiklene i dem forblir isolerte, atskilt av tynne lag med væske og komprimerte elektriske lag. Det kan antas at ved å øke diffusjonsgraden av det elektriske dobbeltlaget, er det mulig å igjen overføre koagulet til soltilstanden. Faktisk, i noen tilfeller, ved å frigjøre seg fra elektrolytt-koagulatoren ved å vaske sedimentet, er det mulig å indusere den motsatte prosessen til koagulering - peptisering (overgang av koagelen til en sol).

Peptisering– dette er oppdelingen av partikler, forstyrrelsen av forbindelsen mellom dem, deres separasjon fra hverandre. Peptisering er jo mer sannsynlig jo mer frysetørket den opprinnelige solen er og jo mindre tid har gått siden koagulering, siden over tid, under nær interaksjon, partikler gradvis koaleserer med en reduksjon i dispersjon og overflateenergi. I dette tilfellet blir koagulasjonen irreversibel og peptisering er utelukket. Metode for praktisk gjennomføring av peptisering avhenger av årsakene som forårsaker koagulasjon. Faktisk vil peptisering være mulig hvis koagulatet vaskes fra elektrolytten med vann (ved bruk av dekantering, filtrering eller dialyse). Ved å vaske er det for eksempel mulig å peptisere fersk, spesielt utfellinger av silisiumdioksid, tinndioksid, metallsulfider og svovel koagulert med enkeltladede ioner. Et eksempel på peptisering med en ren væske er peptisering av leire under påvirkning av vann. Ved interaksjon med vann vises ione-solvatlag på overflaten av leirpartikler, noe som svekker bindingen mellom leirpartikler; Som et resultat dannes en ganske stabil suspensjon av leire i vann. Peptisering er lettere når du legger til en liten mengde peptiseringsmiddel, som lar deg gjenopprette strukturen til det elektriske dobbeltlaget. Peptisatorer er potensialdannende elektrolytter. Jordsmonn har vannpermeabilitet, økt hevelse, er strukturløs, med et ord, peptisert. Vaskemiddeleffekten av såpe er også assosiert med peptiseringsprosessen. Fettsyreioner adsorberes på overflaten av "smuss" partikler, og river dem dermed bort fra den forurensede overflaten og konverterer dem til en soltilstand - peptiserende; Solen fjernes fra objektet med en strøm av vann og bobler av skum.

Deryagins styre

Deryagins styre- en regel utviklet av kjemikeren B.V. Deryagin angående teknologien til mange doseringsformer.

Selve regelen høres slik ut: "For å oppnå et finmalt medisinsk stoff når du dispergerer det, anbefales det å tilsette et løsemiddel i halve massen av det knuste medisinske stoffet."

Forklaring av regelen: Legemiddelpartiklene har sprekker (Griffiths sprekker) som væske trenger inn i. Væsken utøver et usammenhengende trykk på partikkelen, som overstiger sammentrekningskreftene, noe som fremmer sliping. Hvis stoffet som males svulmer, males det grundig i tørr form og først da tilsettes væske. Etter maling av det medisinske stoffet, brukes omrøring for å fraksjonere partiklene. Rustening består i at når et fast stoff blandes med en væske som er 10-20 ganger større i volum enn massen, blir små partikler suspendert, og store legger seg til bunnen. Denne effekten forklares av ulik sedimenteringshastighet av partikler av ulik størrelse (Stokes lov). Suspensjonen av de mest knuste partiklene dreneres, og sedimentet knuses på nytt og røres med en ny porsjon væske til hele sedimentet blir til en tynn suspensjon. ,

Anvendelse innen teknologi

Informasjonskilder

Wikimedia Foundation. 2010.

Se hva "Deryagin-regelen" er i andre ordbøker:

Deryagins regel er en regel utviklet av kjemikeren B.V. Deryagin angående teknologien til mange doseringsformer. Uttalelse av regelen: For å få en finmalt medisinsk substans når du sprer den... ... Wikipedia

Artikkel om emnet Hinduisme Historie · Pantheon Veibeskrivelser ... Wikipedia

Pedofili ... Wikipedia

ICD 10 F ... Wikipedia

En av komponentene i den generelle strukturen av kriminalitet, som inkluderer handlinger knyttet til fysisk og psykisk vold mot en person eller trusselen om bruk av den. Voldskriminalitet kan forstås i vid forstand, men det inkluderer også... ... Wikipedia

Ekshibisjonisme (lat. exhibeo exhibit, show) en form for avvikende seksuell atferd når seksuell tilfredsstillelse oppnås ved å vise kjønnsorganene til fremmede, vanligvis av det motsatte kjønn, så vel som offentlig... ... Wikipedia

Boris Vladimirovich Deryagin Fødselsdato: 9. august 1902 (1902 08 09) Fødested: Moskva Dødsdato: 16. mai 1994 (1994 05 16) (91 år gammel) ... Wikipedia

Dette er ideer om en person som har en negativ følelsesmessig konnotasjon (følelse av misnøye, frykt, synd) assosiert med seksuelle forhold, som har en betydelig og noen ganger avgjørende innvirkning på både seksuallivet og i det hele... ... Wikipedia

- (fra latin coagulatio koagulering, fortykning), kombinasjonen av partikler av den dispergerte fasen til aggregater på grunn av kohesjonen (adhesjonen) av partikler under deres kollisjoner. Kollisjoner oppstår som et resultat av Brownsk bevegelse, så vel som sedimentering, bevegelse av partikler ... Kjemisk leksikon

Angående teknologien til mange doseringsformer.

Ordlyd i regelen:

Forklaring av regelen

Legemiddelpartiklene har sprekker (Griffiths sprekker) som væske trenger inn i. Væsken utøver et usammenhengende trykk på partikkelen, som overstiger sammentrekningskreftene, noe som fremmer sliping. Hvis stoffet som males svulmer, males det grundig i tørr form og først da tilsettes væske. Etter maling av det medisinske stoffet, brukes omrøring for å fraksjonere partiklene. Rustening består i at når et fast stoff blandes med en væske som er 10-20 ganger større i volum enn massen, blir små partikler suspendert, og store legger seg til bunnen. Denne effekten forklares av ulik sedimenteringshastighet av partikler av ulik størrelse (Stokes lov). Suspensjonen av de mest knuste partiklene dreneres, og sedimentet knuses på nytt og røres med en ny porsjon væske til hele sedimentet blir til en tynn suspensjon.

Anvendelse innen teknologi

Bismuthi subnitratis ana 3.0

Aqua destillatae 200 ml

M.D.S. Tørk ansiktet

Oppskriftsbetydning: 200 ml renset vann måles inn i stativet. I en morter, mal 3 g stivelse og 3 g basisk vismutnitrat med 3 ml vann (i henhold til Deryagins regel), tilsett deretter 60-90 ml vann, rør blandingen og la stå i flere minutter. Hell forsiktig den tynne suspensjonen fra sedimentet i en flaske. Det våte sedimentet blir i tillegg malt med en støder, blandet med en ny porsjon vann og drenert. Maling og omrøring gjentas til alle store partikler blir til en tynn suspensjon.

Notater

Wikimedia Foundation. 2010.

Se hva "Deryagin-regelen" er i andre ordbøker:

Deryagins regel er en regel utviklet av kjemikeren B.V. Deryagin angående teknologien til mange doseringsformer. Selve regelen høres slik ut: «For å oppnå et finmalt medisinsk stoff ved dispergering, anbefales det å legge til ... Wikipedia

Boris Vladimirovich Deryagin Fødselsdato: 9. august 1902 (1902 08 09) Fødested: Moskva Dødsdato: 16. mai 1994 (1994 05 16) (91 år gammel) ... Wikipedia

Artikkel om emnet Hinduisme Historie · Pantheon Veibeskrivelser ... Wikipedia

Pedofili ... Wikipedia

ICD 10 F ... Wikipedia

Deryagins styre- en regel utviklet av kjemikeren B.V. Deryagin angående teknologien til mange doseringsformer.

Ordlyd i regelen:

For å oppnå en finmalt medisinsk substans ved dispergering, anbefales det å tilsette et løsemiddel i halve massen av den knuste medisinske substansen.

Forklaring av regelen

Anvendelse innen teknologi

Bismuthi subnitratis ana 3.0
Aqua destillatae 200 ml
M.D.S. Tørk ansiktet