Понятие об агрегативной устойчивости дисперсных систем. Вяжущие вещества как дисперсная система

       Министерство образования и науки РФ

Пермский  государственный технический университет

Строительный  факультет 
 
 
 
 

РЕФЕРАТ

по дисциплине «Процессы и аппараты»

НА  ТЕМУ: Понятие об агрегативной устойчивости дисперсных систем.

Вяжущие вещества как дисперсная система. 
 
 
 
 

Выполнил  студент группы ПСК-07-2з

                                                                               Овчинникова Юлия Андреевна

                                                                               Руководитель

Баталин Б. С.

                                                                                      
 
 

Пермь   2010

Содержание:

1. Введение
2. Устойчивость дисперсных систем
3. Агрегативная устойчивость
4. Процессы протекающие в дисперсных системах
5. Агрегативная устойчивость лиофобных дисперсионных систем
6. Вяжущие вещества как дисперсионные системы
7. Заключение
8. Список литературы

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

  
 

Введение 

     Дисперсные  системы – это гетерогенные системы из двух или большего числа фаз с сильно развитой поверхностью раздела между ними. Обычно одна из фаз образует непрерывную дисперсионную среду, в объеме которой распределена дисперсная фаза (или несколько дисперсных фаз) в виде мелких кристаллов, твердых аморфных частиц, капель или пузырьков. Дисперсные системы могут иметь и более сложное строение, например: представлять собой двухфазное образование, каждая из фаз которого, будучи непрерывной, проникает в объем другой фазы.

     К таким системам относятся твердые  тела, пронизанные разветвленной  системой каналов – пор, заполненных  газом или жидкостью, некоторые  микрогетерогенные полимерные композиции и другие.  Нередки случаи, когда  дисперсионная среда "вырождается" до тончайших слоев (пленок), разделяющих  частицы дисперсной фазы. [3]

     По  агрегатному состоянию дисперсионной  среды и дисперсной фазы выделяют следующие основные виды дисперсных систем:

     1) аэродисперсные (газодисперсные) системы  с газовой дисперсионной средой: аэрозоли (дымы, пыли, туманы), порошки,  волокнистые материалы, типа войлока;

     2) Системы с жидкой дисперсионной средой:

     дисперсная  фаза твердой (грубодисперсные суспензии и пасты, высокодисперсные золи и гели);

     жидкой (грубодисперсные эмульсии, высокодисперсные микроэмульсии и латексы);

     газовой (грубодисперсные газовые эмульсии и пены).

     3) Системы с твердой дисперсионной  средой:

       стеклообразные или кристаллического  тела с включениями мелких  твердых частиц, капель жидкости  или пузырьков газа, например: рубиновые  стекла, минералы типа опала, разнообразные  микропористые материалы. 

     Отдельные группы дисперсных систем составляют металлические сплавы, горные породы, сложные композиционные и другие многофазные системы. [2]

     Придание  дисперсным системам устойчивости против слипания частиц является одной из центральных проблем, а управляемое  нарушение такой устойчивости с  выделением дисперсной фазы (коагуляция) или осаждение ее на каких-либо поверхностях в виде пленок (адагуляция) является одной из важнейших задач современной технологии.

     Процесс нарушения устойчивости и агрегирования  частиц называется коагуляцией и  идет он обычно со скоростью, гораздо  большей, чем процесс старения под  влиянием неодинакового растворения  частиц различного размера. Коагуляция зависит от состава дисперсионной  среды, структуры адсорбционно-сольватных слоев частиц, температуры (нагревания или замораживания). Наиболее развита  теория агрегативной устойчивости дисперсных систем, на поверхности раздела фаз в которой образуются двойные электрические слои. В основе современной теории агрегативной устойчивости, созданной в работах Дерягина - Ландау и Фервея - Овербека, лежат представления о равновесии потенциальной энергии притяжения (молекулярные силы) и потенциальной энергии отталкивания.[3] 
 

     Устойчивость  дисперсных систем 

     Виды  устойчивости дисперсных систем.

     Устойчивость  дисперсных систем – это возможность  их нахождения в исходном состоянии  неопределенно долгое время.

       Устойчивость дисперсных систем  может быть:

     1. К осаждению дисперсной фазы - характеризует способность дисперсной системы сохранять равновесное распределение фазы по объему дисперсионной среды или ее устойчивость к разделению фаз. Это свойство называется седиментационная (кинетическая) устойчивость.

      2. К агрегации ее частиц.

     Агрегативная  устойчивость – это способность  дисперсной системы сохранять неизменной  во  времени степень дисперсности, т.е. размеры частиц и их индивидуальность. Она обусловлена способностью дисперсных систем образовывать агрегаты (т.е. укрупняться). По отношению к агрегации дисперсные системы могут быть устойчивыми кинетически и термодинамически. Термодинамически устойчивые системы образуются в результате самопроизвольного диспергирования одной из фаз, т.е. самопроизвольного образования гетерогенной свободнодисперсной системы [4]. 
 

     Агрегативная  устойчивость 

     Агрегативная  устойчивость - это устойчивость системы  против агрегирования, приводящего  часто к понижению степени  дисперсности, укрупнению частиц. Имеет способность частиц дисперсной фазы при их столкновениях друг с другом или границей раздела фаз сохранять свои первоначальные размеры. Выражается в том, что частицы не укрупняются (не слипаются) при столкновениях друг с другом.

     Агрегативная  устойчивость - это способность частиц (или глобул) дисперсной фазы при их столкновении друг с другом или границей раздела фаз сохранять свой первоначальный размер. Эта устойчивость выражает собой способность эмульсионной системы сохранять степень дисперсности внутренней фазы, как в состоянии покоя, так и в движении, и определяется отношением свободно не выделившейся при центрифугировании воды к полному ее содержанию в эмульсии.  

     В этой связи различают 

     коалесценцию - процесс слияния (укрупнения) капель при столкновении друг с другом

     флокуляцию - слипание с образованием сгустков из двух или более капель. По физической сущности процесс флокуляции больше соответствует снижению кинетической, нежели агрегативной устойчивости, поскольку она не всегда завершается коалесценцией капель.

     Агрегативная  устойчивость обусловлена, прежде всего, временем старения эмульсии, процессами осмоления, окисления адсорбированной на частицах механических примесей углеводородной части. Агрегативная устойчивость выражает собой способность коллоидной системы сохранять свою степень дисперсности. Агрегативная устойчивость (в отношении коагуляции) обусловлена наличием у частиц дисперсной фазы электрического заряда и сольватной (в частном случае - гидратной) оболочки. В сравнительно устойчивых коллоидных системах частицы дисперсной фазы, в результате взаимодействия с молекулами или ионами окружающей среды, обычно приобретают электрические заряды, различные по величине, но одинаковые по знаку для всех частиц дисперсной фазы в данной системе. Это легко обнаружить при действии постоянного электрического поля на коллоидную систему, так как все частицы дисперсной фазы перемещаются при этом к одному из электродов. Это не означает, что система в целом является заряженной. В целом система нейтральна, так как заряды частиц уравновешиваются зарядом ионов противоположного знака, находящихся в окружающей среде [5]. 
 

     Процессы, протекающие в дисперсных системах 

     Агрегативная устойчивость внутренне связана с кинетической: агрегативная устойчивость имеет смысл только для кинетически устойчивых систем, а кинетическая устойчивость быстро утрачивается в агрегативно- неустойчивой системе.

     Агрегативная  устойчивость, как и кинетическая, является самостоятельной характеристикой. Разумеется, обе характеристики устойчивости внутренне связаны между собой: агрегативная устойчивость имеет смысл только для кинетически устойчивых систем, а кинетическая устойчивость быстро утрачивается в агрегативно-неустойчивой системе. Химические и структурно-механические свойства адсорбционных слоев в значительной мере определяют поведение систем.

     Агрегативная  устойчивость нестабилизированных  дисперсных систем носит кинетический характер, и судить о ней можно  по скорости процессов, вызываемых избытком поверхностной энергии. При изотермической перегонке агрегативная устойчивость определяется скоростью массопереноса от мелких частиц к крупным.

     Может носить и термодинамический характер, если дисперсная система не обладает избытком поверхностной энергии. В такой дисперсной системе поверхностная энергия скомпенсирована энтропийной составляющей, благодаря чему система проявляет термодинамическую агрегативную устойчивость и в ней не происходит процесс коагуляции [1].

     Агрегативная  устойчивость определяет способность  частиц дисперсной фазы не слипаться. Она также является результатом  действия между коллоидными частицами  двух противоположно направленных сил. С одной стороны действуют  силы притяжения, под влиянием которых  происходит слипание частиц, совершающих  броуновское движение, с другой стороны  проявляются силы отталкивания, препятствующие сближению частиц и их соединению. Силы отталкивания определяются электрическим  взаимодействием между ионами двойных  электрических слоев, окружающих каждую частицу. Результирующая этих двух сил и обусловливает большую или меньшую агрегативную устойчивость коллоидной системы. Таким образом, агрегативная устойчивость дисперсных систем определяется наличием, величиной и характером распределения гидратных оболочек на частицах твердой фазы. Агрегативная устойчивость может быть также обеспечена наличием на частицах дисперсной фазы адсорбционного слоя поверхностно-активного вещества, препятствующего слипанию частиц при сталкивании.

     Агрегативная  устойчивость выражает собой способность  коллоидной системы сохранять свою степень. Агрегативная устойчивость (в отношении коагуляции) обусловлена наличием у частиц дисперсной фазы электрического заряда и сольватной (в частном случае - гидратной) оболочки. В сравнительно устойчивых коллоидных системах частицы дисперсной фазы, в результате взаимодействия с молекулами или ионами окружающей среды, обычно приобретают электрические заряды, различные по величине, но одинаковые по знаку для всех частиц дисперсной фазы в данной системе.

     Агрегативная  устойчивость гетерогенных дисперсных, тем объясняется прежде всего наличием одноименного электрического заряда частиц дисперсной фазы, который впаивает их взаимное отталкивание.

     Агрегативная  устойчивость связана с термодинамической  неравновесностью, возникающей в системах с большим запасом свободной поверхностной энергии, которую система стремится самопроизвольно уменьшить либо за счет соединения, укрупнения частиц и, таким образом, сокращения суммарной поверхности, либо за счет понижения поверхностного натяжения частиц дисперсной фазы окружением их определенными элементами системы [3].

     Агрегативная  устойчивость определяет постоянство  состава и размеров частиц дисперсной фазы, кинетическая - равномерность  концентрации дисперсной фазы в объеме материала. Потеря агрегативной устойчивости происходит в результате слипания пигментных частиц и образования их крупных  агрегатов вплоть до коагуляции и  может быть обусловлена незавершенностью формирования адсорбционной оболочки или ее разрушением. Агрегирование усиливается в средах, плохо смачивающих твердые частицы.