Зависимость вязкости коллоидной системы от концентрации дисперсной фазы

Вязкость растворов и коллоидных систем зависит от концентрации растворенного или диспергированного вещества, так как молекулы растворенного вещества или частицы дисперсной фазы оказывают дополнительное сопротивление течению.

Исходя из предположений, что частицы дисперсной фазы удалены друг от друга на достаточно большие расстояния, исключающие межмолекулярные воздействия, представляют собой жесткие, недеформируемые шарики, система несжимаема, течение жидкости носит ламинарный характер, между частицами и жидкостью отсутствует скольжение и, наконец, частицы велики по сравнению со свободным пробегом молекул среды, но малы по сравнению с пространством, в котором происходит течение, Эйнштейн вывел следующую формулу:

h = h₀ (1 + aj) , (10.12)

где a – множитель, зависящий от формы частиц.

Уравнение Эйнштейна часто пишут также следующим образом:

(h / h₀) - 1 = (h - h₀) / h₀ = aj = d(nu / v),

где h / h₀ – отношение вязкости системы к вязкости фазы (относительная вязкость); n – общее число частиц в системе; u – объем одной частицы дисперсной фазы; v – объем системы, мл.

Из уравнения следует, что между вязкостью системы и содержанием в ней дисперсной фазы существует прямолинейная зависимость

Влияние истинной концентрации дисперсной фазы и сольватации. Отличие вязкости концентрированной дисперсной системы от неконцентрированной объясняется тем, что в жидкости около частиц возникают взаимовозмущающие микропотоки, затрудняющие движение частиц. При этом помимо гидродинамических взаимодействий, необходимо учитывать также и механические (столкновение частиц, образование пар).

При очень малых концентрациях суспензии поток, возникающий вокруг одной частицы, очень мало влияет на потоки, возникающие около других частиц, и на скорость движения всего потока жидкости в целом. Но с ростом концентрации дисперсной фазы это влияние все увеличивается и приводит к отклонению от закона Эйнштейна.

Влияние взаимодействия между частицами. При проявлении сил притяжения между коллоидными частицами в системе образуются рыхлые структуры, которые включают значительные объемы дисперсной фазы. Подобная иммобилизация, т. е. уменьшение подвижности растворителя приводит к тому, что вязкость системы оказывается гораздо больше той, которая может быть вычислена по уравнению Эйнштейна. Вязкость в таких системах сильно зависит от скорости течения, так как представляет собой структурированную вязкость, обусловленную наличием в системе рыхлых пространственных сеток.

С другой стороны отклонения от уравнения Эйнштейна коллоидных систем может быть связано и с проявлением сил отталкивания между частицами с одноименным зарядом. Вязкость золей с заряженными частицами выше, чем с незаряженными. Повышение вязкости из-за наличия на поверхности частиц двойного электрического слоя называется электровязкостным эффектом.

Вязкость коллоидных систем при введении электролита должна уменьшаться как из-за снижения x-потенциала, так и из-за увеличения электропроводности межмицеллярной жидкости. Следует, однако, отметить, что при астабилизации коллоидной системы введением в нее электролита (вследствие уменьшения сил отталкивания между частицами в золе) возможны явления агрегации частиц, приводящие к образованию структур и проявлению структурной вязкости. Поэтому в определенных условиях может происходить не только понижение вязкости золя, но и ее повышение.

 

.11. МИКРОГЕТЕРОГЕННЫЕ СИСТЕМЫ

В коллоидной химии изучаются не только коллоидно-дисперсные системы, размер частиц которых составляет 10^-7–10^{-5 см, но и системы, размер частиц которых значительно больше. Подобные дисперсные системы принято называть микрогетерогенными, в отличие от коллоидных – ульра-микрогетерогенных систем. Частицы микрогетерогенных систем видны в обычный микроскоп, они сравнительно быстро оседают (всплывают). Микрогетерогенные системы, как правило, не прозрачны. К ним относятся аэрозоли, суспензии, эмульсии, пены, порошки. Все они широко распространены в различных отраслях промышленности и имеют большое практическое значение.}

Типичные микрогетерогенные системы седиментационно неустойчивы: частицы их движутся под действием силы тяжести, поэтому в них нельзя наблюдать диффузию и осмос. По остальным свойствам микрогетерогенные системы (особенно с жидкой дисперсионной средой) имеют много общего с коллоидными системами. Они могут быть получены дисперсионными и конденсационными методами. Из-за развитой поверхности раздела фаз эти системы неустойчивы термодинамически. Им можно придать агрегативную устойчивость, адсорбируя на их частицах ионы и поверхностно-активные вещества.