ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Суспензоиды из "Химия коллоидных и аморфных веществ" Если растворимое вещество, например сахар, привести в соприкосновение с водой, оно диспергируется в жидкости, образуя физически гомогенный раствор, свойства которого указывают на то, что сахар разбился в жидкости на отдельные молекулы. Если тонко измельченный кварц внести в воду, он также диспергируется в жидкости. Но в этом случае, в противоположность сахару, ничто не указывает на то, что после соприкосновения с водой частицы кварца испытывают дальнейшее диспергирование. Частицы кварца в суспензии сохраняют все свои физические свойства, в, то время как диспергированные частицы сахара получают свойства, резко отличающиеся от свойств твердого тепа, например значительно увеличенную способность к диффузии через мембраны с малой проницаемостью . [c.107] Путем подбора жидкой дисперсионной среды и дисперсной фазы можно получить все степени дисперсности, начиная с раствора электролита и кончая относительно грубой суспензией. [c.107] Изучение этих систем указывает на то, что наиболее важным свойством, отличающим их друг от друга, является размер отдельных частичек дисперсной фазы. В тех случаях, когда размер частиц имеет порядок величины обычных молекул, дисперсию называют раствором. Когда твердое вещество находится в виде относительно грубых суспендированных частиц, систему называют суспензией. Экспериментально найдено, что с уменьшением размера частиц стабильность системы сильно возрастает. Дисперсии, в которых частицы довольно велики по сравн ению с размерами обычных молекул, но все же достаточно малы, так что обладают некоторой стабильностью, называются коллоидными дисперсиями, коллоидными растворами или золями. [c.107] Теоретически, так как вещества могут находиться в трех состояниях — жидком, твердом и газообразном,— возможно образование нескольких типов дисперсных систем, как показано в табл. 1. [c.108] Явление броуновского движения впервые дало наглядно подтверждение правильности кинетической теории вещества. Опыты, прои веденные Перреном [47] и подтвержденные Вестгре ном и др., настолько убедительны, что не оставляют сомнения в правильности молекулярной теории. [c.110] Если в сравнительно небольшом объеме жидкости находится в суспендированном состоянии не одна, а большое число частичек, то к нормальному осаждению добавляется еш е дополнительное действие осаждающихся частичек друг на друга. Если в начале седиментации концентрация частичек равномерна по всей суспензии, то (при тщательном исключении тепловой конвекции и других нарушающих влияний) постепенно большое число частичек станет концентрироваться в нижних слоях жидкости, в то время как верхние будут почти свободны от них. Частички, концентрирующиеся у дна, будут действовать друг на друга таким же образом, как молекулы жидкости, вызывающие броуновское движение. Другими словами, частичка, попадающая в область высокой концентрации, будет получать значительно больше толчков снизу, чем сверху, так как под нею находится большее число частичек. Это явление противодействует силе тяжести, вызывающей осаждение. В результате устанавливается некоторый градиент концентрации по вертикали. [c.111] Наглядно представить образование в суспензии такого градиента концентрации довольно трудно, благодаря влиянию молекул растворителя. Явление зто можно сравнить с поведением смеси двух газов при постоянных температуре и давлении, ио с градиентом концентрации того и другого компонента. Рассмотрим плоскость, проведенную через такую газовую смесь перпендикулярно направлению градиента концентрации. Предположим, что концентрация компонента А выше в левой части плоскости и ниже в правой распределение компонента В должно быть обратное. В единицу времени в левой части плоскости должно приходить в столкновение большее число молекул А, чем в правой для молекул В справедливо обратное. Следовательно, больше молекул А будет проходить через плоскость слева направо и подобным же образом больше молекул й будет двигаться справа налево. В результате наступит уравнивание концентраций двух компонентов. Этот процесс представляет собой диффузию газов. Если теперь перейти к жидкой суспензии, в которой существует подобный же градиент концентрации взвешенных частичек, то ясно, что можно повторить предыдущее рассуждени , приложив его к движению твердых частичек и молекул растворителя через плоскость, проведенную под прямым углом к градиенту концентрации. Однако общее число частичек в единице объема не остается постоянным, и рассуждение соответственно следует изменить. Ясно, что число молекул растворителя, пересекающих плоскость в направлении от места с высокой концентрацией взвешенных частичек, будет меньше, чем в обратном направлении из-за присутствия частичек, преграждающих путь. [c.111] Отсюда перенос молекул растворителя через плоскость происходит в направлении более низкой его концентрации, а это может произойти только тогда, когда твердые частички станут двигаться в обратном направлении, давая место частичкам растворителя. Движение легко объяснить тем, что большее число частичек проходит через плоскость в направлении от высшей концентрации их. Эта диффузионная сила уравновешивается силой тяготения, которая тянет частички вниз, если они тяжелее жидкости. [c.112] Смолуховский [49] установил, что градиент концентрации, наблюдаемый в суспензиях, совершенно подобен разрежению атмосферы при удалении от земной поверхности и может быть рассчитан таким же образом. [c.112] Представим себе вертикальный столб газа неопределенной высоты с поперечным сечением, равным единице. Давление на любое горизонтальное сечение зависит от веса находящегося над гтм газа, и изменение давления (1Р с высотой Н равно по- этому его плотности р, т. о. с Р = — pgdH. [c.112] Наблюдение показывает, что уменьшение давления с высотой тем больше, чем выше молекулярный вес газа. Так как в газовой смеси каждый компонент обладает своим парциальным давлением, независимым от других, то состав газовой смеси должен изменяться с высотой . [c.112] В растворе растворенное вещество при высокой степени разведения обладает осмотическим давлением, отвечающим газо вому закону. Поэтому и здесь можно ожидать соответствующего распределения концентрации растворенного вещества в зависимости от глубины. Это действительно имеет место, как указы валось выше, но закон распределения в атом случае изменяется вследствие действия растворителя. [c.112] Рассмотрим цилиндр с площадью поперечного сечения, равной единице, высотой йН, закрытый с обоих концов полупроницаемой мембраной, наполненный исследуемой дисперсией и погруженный в сосуд с чистым растворителем или дисперсионной средой. [c.113] Пусть р, Ро, р — плотности чистого растворенного вещества, чистого растворителя и раствора. Гидростатический напор внутри цилиндра, р йЯ, равен—Гидростатический напор вне цилиндра, g( odH, равен— Ро, где Р и Рд гидростатические давления раствора и растворителя. При равновесии растворитель не будет стремиться во11ти или покинуть цилиндр, иными словами, циркуляции не будет. [c.113] Отсюда разница в гидростатических давлениях будет уравновешиваться осмотическим Рис. 1. давлением частиц растворенного вещества. [c.113] При элементарном анализе единственным методом, доступным химику дпя определения размера особенно мелких частиц, является определение соотношения их давления, телшературы и объема. Это может быть достш нуто измерением плотности газа и.пи осмотического давления, или эквивалентной ему величины в растворе, с последующей интерпретацией на основе гипотезы Авогадро. [c.113] Таким образом, -к = сКТ (если принять, что осмотическое давление следует 1 азовым законам), откуда (1-к=КТ с. [c.114] С прогрессивным увеличением молекулярного веса растворенного вещества, т. с, размера его первичных частиц, согласно уравнениям должно иметь место быстрое увеличение градиента концентрации растворенного вещества с глубиной раствора, но это не мешает частичкам оставаться в суспензии, если дезагрегирующие силы, разделяющие их, т. е. тепловое броуновское движение , оказываются достаточными. [c.115] Вернуться к основной статье