Рассчитывают по уравнению (2) пороги коагуляции. Строят на миллиметровой бумаге графическую зависимость порога коагуляции от концентрации ВМВ. Отрезок, отсекаемый на оси ординат, соответствует порогу коагуляции незащищенного золя. Если защитное число действие ВМВ не проявляется, кривая будет параллельной оси абсцисс. С началом проявления коллоидной защиты на графике появляется восходящий участок, так как пороги коагуляции будут повышаться. Точка пересечения горизонтального и восходящего участков соответствует защитному числу данного ВМВ, которое находят, опустив перпендикуляр на ось концентраций. По графику Ск = f (СВМВ) делают вывод об эффективности защитного действия.
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ
1. Какой процесс называют коагуляцией? Чем завершается процесс коагуляции? Какими способами можно вызвать коагуляцию лиофобной коллоидной системы?
2. Что называют быстрой и медленной коагуляцией? Какие параметры дисперсной системы влияют на скорость коагуляции частиц в соответствии с теорией Смолуховского? Чем отличаются константы скорости быстрой и медленной коагуляции?
3. Действием каких факторов обеспечивается агрегативная устойчивость лиофобных дисперсных систем? Какие вещества используют в качестве стабилизаторов этих систем?
4. Что такое расклинивающее давление и каковы причины его возникновения? Назовите составляющие расклинивающегося давления.
5. Каково различие между нейтрализационной и концентрационной коагуляцией лиофобных золей электролитами? Как влияет заряд коагулирующего иона на порог коагуляции? Правило Шульце-Гарди.
6. Что такое защита коллоидных растворов?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5
ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ АДСОРБЦИОННЫХ СЛОЕВ НА СМАЧИВАНИЕ ТВЕРДОЙ ПОВЕРХНОСТИ
Цель работы
Изучить влияние адсорбционных слоев на смачивание твердых поверхностей методом измерения краевых углов.
Задачи
Ознакомление с методикой измерения краевых углов. Изучение влияния адсорбционных слоев на смачиваемость алюминия. Получение «мокрого» парафина.Приборы и материалы
· Прибор для определения краевых углов
· Прибор для измерения поверхностного натяжения жидкости
· Водные растворы танина и стеариновой кислоты
· Алюминиевые пластинки
· Шприцы – 3 шт.
· Парафин
· Этанол
· Вата
ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ПОЯСНЕНИЕ
Поверхностными называются явления, которые связаны с особенностями поверхности раздела фаз. Они вызваны самопроизвольным уменьшением поверхностной энергии. Поверхностная энергия является избыточной по сравнению с энергией в объеме и сосредоточена на границе раздела фаз. Увеличение поверхности раздела в результате раздробленности дисперсной фазы приводит к росту поверхностной энергии, которая в свою очередь служит причиной интенсификации поверхностных явлений. Высокие значения поверхностной энергии и поверхностные явления – это то общее, что объединяет многочисленные дисперсные системы.
Адгезия – это самопроизвольное поверхностное явление, которое приводит к снижению поверхностной энергии. Адгезия и смачивание жидкости относятся к одному из видов адгезионного взаимодействия. Его особенности определяются как свойствами твердой поверхности, так и свойствами жидкости и могут быть количественно описаны при помощи практически легко измеряемых величин.
1. Виды адгезии
Адгезией (сцеплением, притяжением или прилипанием) называют связь между разнородными конденсированными телами при их молекулярном контакте. К конденсированным телам относятся жидкие и твердые тела. При адгезии сохраняется граница раздела фаз, образованная двумя твердыми телами, твердым телом и жидкостью, т. е. граница раздела Т-Т и Ж-Т. Возможна адгезия двух разнородных жидкостей на границе раздела Ж-Ж.
То тело, которое прилипает, обычно называют адгезивом, а к которому осуществляется адгезия – субстратом. В зависимости от свойств прилипшего тела (адгезива) различают адгезию жидкости, упруговязкопластичных масс, частиц и пленок. Особенности их адгезии представлены в табл. 1.
Адгезии сопутствуют такие явления, как аутогезия и когезия. Аутогезия – связь между однородными конденсированными телами при их молекулярном контакте. Взаимодействие частиц относится к одному из видов аутогезии. Аутогезию можно рассматривать как частный случай адгезии. При адгезии и ее разновидности – аутогезии – сохраняется граница раздела между телами. Когезия определяет связь между молекулами (атомами, ионами) внутри тела в пределах одной фазы. Когезия характеризует прочность конденсированных тел и их способность противодействовать внешнему усилию.
Особенности адгезии
Таблица 1.
Адгезив | Граница раздела | Отдельные представители |
Жидкость | Ж-Т | Полиграфические краски, лаки и краски после нанесения на поверхность, при контакте жидкости (воды, бензина, ацетона идр.) с твердой поверхностью |
Упруго-вязкопластические массы | Т-Т | Расплавы металлов, битум, тесто, кремы, пасты, в том числе и зубная, различные сорта клея, увлажненный грунт, особенно глиняный |
Частицы, в том числе образующие сыпучие материалы | Т-Т | Атмосферная пыль, многочисленные порошки, цемент, бетон, мука, крупа, комбикорма, неувлажненный грунт |
Пленки и покрытия | Т-Т | Лакокрасочные и полимерные, металлические, керамические и любые другие |
Адгезия относится к числу важнейших поверхностных свойств дисперсных систем. Часто именно адгезионные свойства материалов определяют технологию их переработки и применение тех или иных конструкционных материалов для оборудования. Адгезия в промышленном и сельскохозяйственном производствах и в обыденной жизни может выступать в качестве как положительного, так и отрицательного явления. Хорошая адгезия лакокрасочных покрытий определяет эксплутационные и потребительские качества этих покрытий. Эффективность инсектицидных препаратов, применяемых для борьбы с сельскохозяйственными вредителями, во многом определяется адгезией капель или частиц этих препаратов к листьям растений.
Адгезия и смачивание различных поверхностей водными растворами многочисленных моющих средств влияет на качество стирки и полноту удаления различных загрязнений. В то же время адгезия грунта к лемеху плуга при вспашке требует дополнительных тяговых усилий, а следовательно и дополнительных затрат.
Адгезия и аутогезия сыпучих масс (муки, цемента, бетона и др.) в различных емкостях может привести к сводообразованию, ухудшению процесса истечения и порче продукта. Наибольшей адгезией обладают упруговязкопластические тела, например тесто. Адгезия теста к ленточным транспортерам и формам приводит к потере ценного пищевого сырья и к необходимости принимать дополнительные меры для борьбы с отрицательными последствиями этого явления.
2. Термодинамические основы адгезии
Различные виды адгезии (жидкостей, структурированных масс, частиц и пленок) имеют много общего. Во всех случаях это связь между разнородными конденсированными телами на границе раздела фаз, для нарушения которой необходимо внешнее воздействие. Адгезия относится к поверхностным явлениям, которые протекают самопроизвольно. Самопроизвольно идут процессы, связанные с уменьшением поверхностной энергии, в данном случае энергии Гиббса. Условие самопроизвольного процесса можно записать так: DGв< 0.
Для равновесного обратимого процесса адгезия оценивается с помощью работы, которую необходимо затратить для разъединения контактирующих тел Wа. Адгезия возникает при контакте двух тел. В результате адгезии удельная свободная поверхностная энергия уменьшается на величину, которая характеризует работу адгезии Wа. Поэтому можно записать: Wа = - DGв.
Работа адгезии определяется в расчете на единицу площади поверхности контакта двух тел посредством поверхностного натяжения, как удельной свободной поверхностной энергией. Если в результате адгезии она была равна s12 (рис. 1), то после преодоления адгезионного взаимодействия, она приобретает следующее значение s13+s23. Равновесная работа адгезии равна разности между конечным и начальным значением поверхностных натяжений, т. е.
Wа=(s13+s23)- s12, (1)
где s12, s13 и s23 – поверхностные натяжения тел 1 и 2 после адгезии, тела 1 и тела 2 до адгезии на границе – со средой 3 (см. рис. 1. А).
А Б
Рис. 1. А. Взаимодействие двух тел до адгезии (а) и после адгезии (б). В. Когезионное взаимодействие а и б – до и после нарушения когезии.
Уравнение (1) является одним из основных, при помощи которых можно определить равновесную работу адгезии любых конденсированных тел. Уравнение (1) справедливо только для изобарно-изотермического процесса в отсутствие электрического и химического взаимодействий между контактирующими телами. Учитывая эти ограничения и то обстоятельство, что поверхностное натяжение твердых тел в отличие от жидкости определить экспериментально довольно трудно, уравнение (1) используют только для определения равновесной работы адгезии жидкости. Равновесную работу адгезии можно сопоставить с равновесной работой когезии. После нарушения когезии тела 1 по линии АА (рис. 1.В) образуются две поверхности, соприкасающиеся со средой 2. Равновесная работа когезии будет равна удвоенному значению поверхностного натяжения двух образовавшихся поверхностей, т. е.
Wк=2s12.
В случае нарушения когезионной целостности жидкости в воздушной среде равновесная работа когезии
Wк=2sжг. (2)
Уравнение (2) имеет те же ограничения, что и уравнение (1).
3. Адгезия жидкости и смачивание
Адгезия жидкости, один из видов адгезионного взаимодействия (см. табл. 1), реализуется при контакте жидкости с твердой поверхностью. Если тело 1 является твердым, 2 – жидкостью, а 3 – газом (см. рис.1.А), то применительно к адгезии жидкости уравнение (1) можно представить следующим образом:
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 |
Основные порталы (построено редакторами)