Коллоидная химия | страница 132

В начале частица движется ускоренно, так малых скоростях сила тяжести превышает силу По мере увеличения скорости движения сила возрастает и в некоторый момент достигается , при котором частицы начинают двигаться с постоянной скоростью. Время, которое для этого требуется, пренебрежимо мало. Так, для частиц кварца радиусом 50 мкм это время составляет с, а для части радиусом 1 мкм - с.

Исходя из приведенных выше уравнений

В соответствии с законом Стокса,

и учитывая, что V = получим

Таким образом, скорость седиментации прямо пропорциональна квадрату радиуса частицы. Следовательно, частицы разных размеров оседают с разными скоростями: чем больше частица, тем больше скорость ее оседания.

Если экспериментально определить скорость оседания, можно легко рассчитать радиус частицы:

Так как величины

характеризуют систему и от дисперсности не зависят, можно записать:

Это уравнение справедливо только для условий, при которых выполняется закон Стокса, а именно:

• частицы имеют сферическую форму;

• движутся ламинарно, независимо друг от друга и постоянной скоростью;

• трение является внутренним для дисперсионной среды.

Эти условия выполняются только для систем, в которых размеры частиц лежат в пределах см.

Если размеры частиц больше

см, при их соединении достигается высокая скорость, разрывается слой дисперсной фазы, облегающий частицу, вслед за движущейся частицей создаются завихрения, обусловливающие разность давлений, которая тормозит движение частиц. В результате этого ламинарный режим движения нарушается - возникает турбулентность. Если сила тяжести превышает силу трения, движение становится равноускоренным, а следовательно, приведенное выше уравнение становится неприменимым.

Если размеры частиц меньше см, то такие частицы участвуют в броуновском движении, следствием которого является диффузия, направленная противоположно седиментации, кроме того, на движение таких частиц сильно влияют конвекционные тепловые потоки.

На седиментацию отдельной частицы не должны влиять соседние частицы. Чтобы избежать взаимного влияния частиц, необходимо проводить седиментацию в достаточно разбавленных суспензиях (с концентрацией не выше 1%). Конечно, если взять еще более разбавленную суспензию, межчастичные взаимодействия будут проявляться еще в меньшей степени. Но чем более разбавлена суспензия, тем меньше масса осадка и тем больше ошибка измерения. Таким образом, в седиментационном анализе используют суспензии, размеры частиц в которых лежат в пределах от до см, а концентрация составляет 0,5-0,6%.