Изотермическая перегонка в дисперсных системах

Роль процессов изотермической перегонки, коагуляции и коалесценции в нарушении агрегативной устойчивости дисперсных систем различна, прежде всего, в зависимости от фазового состояния дисперсионной среды. Коагуляция, коалесценция и седиментационное разделение свойственны системам с легкоподвижной (жидкой или газовой) дисперсионной средой. Изотермическая перегонка может иметь место при любом фазовом состоянии дисперсионной среды, в том числе и твердом, где этот процесс является единственным механизмом изме- [c.240]

Укрупнение частиц дисперсной фазы при потере агрегативной устойчивости достигается в результате изотермической перегонки (растворение мелких и рост крупных частиц в соответствии с уравнением Кельвина) или за счет слипания (слияния) частиц — коагуляции. Наиболее распространен процесс коагуляции. В зависимости от природы системы и концентрации дисперсной фазы этот процесс может заканчиваться или осаждением частиц, или структурообразованием. [c.160]

Выше указывалось, что обычная коагуляция в системах с твердой дисперсионной средой невозможна из-за огромной вязкости среды, препятствующей столкновению частиц между собой. Однако все же некоторое укрупнение частиц в таких системах возможно за счет изотермической перегонки вещества дисперсной фазы. Такое укрупнение частиц наблюдается, например, при длительном нагревании рубинового стекла прй температуре, когда давление пара металла уже достаточно высоко. При очень высоких температурах, когда происходит плавление дисперсионной среды, в подобных системах может наблюдаться и истинная коагуляция. При этом, если среда прозрачна, меняется и цвет системы. Например, при высокой температуре красный цвет рубинового стекла переходит в фиолетовый, а затем в синий вследствие агрегации частиц. Интересно, что двуокись олова, присутствующая в стекле, оказывает защитное действие и препятствует образованию агрегатов. [c.397]

Изотермическая перегонка в дисперсных системах [c.6]

При застывании системы рост частиц дисперсной фазы обусловлен диффузией в них растворенного вещества из объема системы. При этом образующиеся пространственные, как правило, однородные структуры дисперсной фазы равномерно распределены в объеме и разделены прослойками из дисперсионной среды. Парафиноотложение из системы вызвано, прежде всего коагуляционными взаимодействиями частиц дисперсной фазы, которые могут приводить к оседанию или всплыванию частиц дисперсной фазы. В этом случае выделение парафинов сопровождается хаотическим ростом частиц дисперсной фазы, представляющих агрегативные комбинации неправильной формы. Укрупнение частиц при парафиноотложении может происходить двумя путями изотермической перегонкой, при которой более мелкие частицы растворяются, а крупные растут коагуляцией либо коалесценцией, заключающимися соответственно в слипании или слиянии дисперсных частиц. [c.241]

Под агрегативной устойчивостью следует понимать способность системы противостоять процессам, ведущим к уменьшению свободной энергии поверхностей раздела частиц дисперсной фазы с дисперсионной средой. Увеличение размеров частиц, ведущее к уменьшению поверхности, может осуществляться в результате изотермической перегонки, коалесценции (слияния частиц) и коагуляции (агрегирования частиц при слипании) [54]. Основным процессом изменения дисперсности для суспензий и золей является коагуляция. Для нее необходим непосредственный контакт поверхностей частиц (по крайней мере на расстоянии молекулярного взаимодействия), поэтому тепловое движение является важным фактором стабилизации, особенно для свободнодисперсных систем. [c.41]

Образовавшаяся гетерогенная система неустойчива по отношению к возможному изменению размера частиц. В полидисперсной системе мелкие частицы создают, в соответствии с формулой Томсона, перенасыщение раствора по отношению к крупным частицам. Поэтому размер последних будет постепенно увеличиваться, а мелкие частицы будут растворяться и исчезать за счет прогрессирующего роста их растворимости (явление изотермической перегонки вещества с поверхности мелких частиц на крупные). Монодисперсность лишь замедляет этот процесс, поскольку достаточно небольших флуктуаций размера частиц, чтобы этот процесс начался. Скорость изотермической перегонки может существенно измениться после отделения дисперсной фазы от маточного раствора. Это может быть просто промывка осадка от побочных растворимых продуктов реакции и избытка реагента, это может быть перенос дисперсного материала в другой растворитель [c.751]

На изотермическую перегонку влияют различные факторы, которые часто трудно учесть, особенно если это касается естественного существования аэрозольного облака, где меняются не только температура, давление, но и концентрация частиц в дисперсной системе. Как показали опыты [138], при малой концентрации тумана превалирует изотермическая перегонка, при концентрации тумана, большей чем 1—2 г м , основным процессом является коалесценция. [c.18]

По оценке большинства исследователей, процессу переконденсации по механизму изотермической перегонки подвергаются частицы размером не более 10 см. Поэтому вероятно процессу переконденсации в дисперсных системах уделялось недостаточно внимания из-за его кажущейся малой эффективности. [c.202]

Процессами разрушения дисперсных систем, приводящими к уменьшению свободной поверхностной энергии межфазных границ, служат изотермическая перегонка вещества от малых частиц к более крупным, коалесценция (слияние частиц) и коагуляция (агрегирование частиц при их слипании) При изотермической перегонке, связанной с повышенным значением химического потенциала вещества малых частиц по сравнению с более крупными (см. 3 гл. I), и при коалесценции уменьшение свободной поверхностной энергии обусловлено уменьшением площади поверхности раздела фаз, часто при неизменном значении удельной поверхностной энергии (поверхностного натяжения) а, т. е. A s = aA5<0. При коагуляции, особенно в тех случаях, когда между частицами сохраняются остаточные прослойки дисперсионной среды, площадь поверхности раздела фаз практически не изменяется или изменяется незначительно, и уменьшение величины s достигается в основном за счет частичного насыщения нескомпенсированных на поверхности частиц молекулярных сил. Это эквивалентно локальному (в зоне контакта) уменьшению межфазного натяжения а иначе говоря, для процесса коагуляции можно, несколько условно, записать А 5 = 5афДо<0, где 5аф соответствует той части поверхности раздела фаз в зоне соприкосновения частиц, на которой происходит частичная компенсация ненасыщенных молекулярных сил. При одинаковой исходной дисперсности коалесценция и изотермическая перегонка приводят, вообще говоря, к значительно более резкому уменьшению свободной поверхностной энергии системы, чем коагуляция. [c.240]

Укрупнение частиц может идти двумя путями. Один из них, называемый изотермической перегонкой, заключается в переносе вещества от мелких частиц к крупным, так как химический потенциал последних меньше (эффект Кельвина). В результате мелкие частицы постепенно растворяются (испаряются), а крупные— растут. Второй путь, наиболее характерный и общий для дисперсных систем, представляет собой коагуляцию (от лат, свертывание, затвердение), заключающуюся в слипании и слиянии частиц. В общем смысле под коагуляцией понимают потерю агрегативной устойчивости дисперсной системой. [c.315]

Изотермическая перегонка может проходить практически во всех дисперсных системах с частицами, размер которых соответствует области действия эффекта Кельвина. В таких системах частицы разных размеров обладают неодинаковыми химически- [c.318]

Существенным фактором является растворимость. Если вещество дисперсной фазы хорошо растворимо в дисперсионной среде, то система обладает малой устойчивостью по отношению к изотермической перегонке. Этим объясняется невозможность получения высокодисперсных систем при большой растворимости дисперсной фазы. Примером могут служить системы вода — галогениды щелочных металлов. [c.320]

Наиболее важные и распространенные дисперсные системы — твердые тела, относящиеся к связнодисперсным системам, т. е. к системам с твердой дисперсионной средой. Для твердых тел устойчивость и коагуляция не столь характерны, как для свободнодисперсных систем. Все же в лиофобных твердых дисперсных системах протекают процессы, хотя и очень медленно, сопровождающиеся уменьшением поверхностной энергии, например медленные процессы перекристаллизации, изотермической перегонки (их относят к процессам старения материалов). [c.393]

Укрупнение частиц может идти двумя путями. Один из них, называемый изотермической перегонкой, заключается в переносе вещества от мелких частиц к крупным, так как химический потенциал последних меньше (эффект Кельвина). В результате мелкие частицы постепенно растворяются (испаряются), а крупные растут. Второй путь, наиболее характерный и общий для дисперсных систем, представляет собой /соаг(/ля <и/о, заключающуюся в слипании (слиянии) частиц дисперсной фазы. В общем смысле под коагуляцией понимают дотерю агрегативной устойчивости дисперсной системы. Коагулящ я в разбавленных сИЖМах приводит к потере, седимеитационной устойчивости и в конечном итоге к расслоению (разделению) фаз. К процессу коагуляции относят адгезионное взаимодействие частиц дисперсной фазы с макроповерхностями. В более узком смысле коагуляцией называют слипание частиц, процесс слияния частиц получил название коалесценции. В концентрированных системах коагуляция может проявляться в образовании объемной структуры, в которой равномерно распределена дисперсионная среда. В соответствии с двумя разными результатами коагуляции различаются и методы наблюдения и фиксирования этого процесса. Укрупнение частиц ведет, нанример, к увеличению мутности раствора, уменьшению осмотического давления. Структурообразование изменяет реологические свойства системы, например, возрастает вязкость, замедляется ее течение. [c.271]

В термодина.мически неустойчивых дисперсных системах, какими являются лиофобные системы, агрегатнвная устойчивость носит к1шетический характер, и судить о ней можно по скорости процес-соа, вызываемых избытком поверхностной энергии. При изотермической перегонке в таких системах скорость массопереноса зави- [c.272]

Процесс изотермической перегонки может проходить практически во всех дисперсных системах с частицами, размер которых соответствует области действия эффекта Кельвина. В таких системах частицы разных размеров обладают неодинаковыми химическими потенциалами, что и создает движущую силу переноса вещества от мелких частиц к болае крупным Этот процесс ведет к постепенному нсчезиовению мелких частиц, уменьшению средней дпсперсиости (удельной поверхности) и энергии Гиббса поверхности. [c.276]

Эмульсии — типично лиофобные дисперсные системы (за исключением самопроизвольно возникающих критических эмульсий). Потеря их агрегативной устойчивости может быть обусловлена процессами изотермической перегонки или коагуляции (коалесценции капель) и обычно сопровождается потерей седиментациоиной устойчивости (расслоение системы). В качестве меры устойчивости эмульсии можно принять время существования определенного объема эмульсии до полного ее расслоения. [c.171]

При постоянной весовой концентрации вещества дисперсной фазы в дисперсной системе V = onst мутность системы пропорциональна объему частиц дисперсной фазы и растет при укрупнении частиц, происходящем при их коагуляции или изотермической перегонке (см. [c.164]

Тепловое движение частиц дисперсной фазы может обеспечить и агрегативную устойчивость свободнодисперсных систем. При очень низких значениях межфазного натяжения на границе частица — среда, отвечающих рассмотренному в 1 гл. IV условию образования лиофильных коллоидных систем а<13кТ/а , тепловое движение частиц дисперсной фазы делает термодинамически невыгодным укрупнение частиц при коалесценции и изотермической перегонке, т. е. обусловливает полную термодинамическую устойчивость дисперсных систем. Поскольку при коагуляции, как отмечалось выше, изменение свободной поверхностной энергии значительно меньше, чем при коалесценции или изотермической перегонке, можно ожидать, что в процессах коагуляции стабилизирующая роль теплового движения должна быть велика даже при относительно больших значениях поверхностного натяження на межфазной границе, обусловливая частичную (только по отношению к агрегированию частиц) термодинамическую устойчивость дисперсной системы и возможность самопроизвольного протекания обратного процесса — дезагрегации частиц, называемого пептизацией. [c.241]

В исходно седиментационно-устойчивых свободнодисперсных системах коагуляция частиц дисперсной фазы, так же как и их укрупнение вследствие последующей коалесценции или изотермической перегонки, может привести к потере системой седиментационной устойчивости. Вместе с тем коагуляция может и не сопровождаться видимым седиментациониым расслоением системы это наблюдается в тех случаях, когда агрегирование частиц приводит к развитию сплошной пространственной сетки частиц, заполняющей весь объем системы, т. е. к образованию связнодисперсной системы — геля (см. гл. XI). [c.243]

Для высокоустойчивых дисперсных сггстем, в которых процессы агрегирования частиц дисперсной фазы и последующей коалесценции идут с очень малыми скоростями, и особенно при значительной растворимости вещества дисперсной фазы в дисперсионной среде, падение дисперсности, т, е. разрушение системы, может быть обусловлено диффузионным переносом вещества дисперсной фазы от малых частиц к более крупным. Эти процессы широко распространены в природе, а также используются в ряде областей техники они могут протекать в самых различных дисперсных системах лиозолях, суспензиях, эмульсиях, пенах, аэрозолях, системах с твердой дисперсионной средой, в том числе сплавах и горных породах. Закономерности процессов изотермической перегонки в различных системах близки, что обусловлено одинаковым характером движущих сил процессов — наличием градиентов химических потенциалов, связанных с различием кривизны поверхности частиц разного размера, — и механизма их протекания — диффузионного переноса вещества дисперсной фазы. [c.267]

Таким образом, скорость изменения дисперсности системы определяется растворимостью вещества дисперсной фазы в дисперсионной среде, коэффициентом диффузии его через дисперсионную среду и поверхностным натяжением границы раздела фаз. Коэффициент диффузии О, в свою очередь, существенно зависит от фазового состояния дисперсионной срёды (очень малые значения характерны для твердых сред), в меньшей степени — от размеров молекул дисперсной фазы и, как правило, не может быть значительно изменен в объеме дисперсионной среды введением каких-либо добавок в систему. Вместе с тем наличие адсорбционных слоев на поверхности частиц (особенно в концентрированных системах, где эти слои составляют основную часть прослоек между частицами) может заметно тормозить процесс изотермической перегонки. Это связано с пониженной проницаемостью таких слоев для молекул дисперсной фазы как за счет снижения коэффи-щ ента диффузии в слое, так и в результате снижения в нем растворимости вещества. Снижение скорости роста частиц при изотермической перегонке может достигаться также вследствие снижения поверхностного натяжения в пределе — при переходе к лиофильным коллоидным системам — процесс перегонки вообще прекращается. Растворимость вещества дисперсной фазы в дисперсионной среде слабо зависит от введения добавок, но сильно меняется в зависимости от природы этих фаз. Дисперсные фазы большинства устойчивых к изотермической перегонке лиофобных систем состоят из веществ, практически нерастворимых в дисперсионной среде. [c.269]

Многие специфические свойства аэрозолей связаны с особенностями дисперсионной среды — воздуха, его низкой вязкостью и малой электропроводностью. Лиофобность аэрозолей и высокие коэффициенты диффузии в газовой фазе обусловливают большую скорость процессов изотермической перегонки и коагуляции, следствием которых является нарушение агрегативной устойчивости системы. Малая вязкость дисперсионной среды приводит к тому, что частицы быстро оседают, н аэрозольная система разрушается при значительно меньших размерах частиц или их агрегатов, чем лиозоли. В результате концентрация и дисперсность исходно высокодпсперсных аэрозолей достаточно быстро падают. В реальных аэрозолях концентрация дисперсной фазы, как правило, составляет не более 10 —10 частиц/см , что значительно ниже концентрацин лиозолей, достигающей 10 частиц/см . Размер частиц в большинстве аэрозолей оказывается в интервале 10 —10 см более крупные частицы быстро оседают, а мелкие исчезают вследствие коагуляции. [c.272]

Роль процессов изотермической перегонки, коагуляции и коалесценции в нарушении агрегатшзной устойчивости дисперсных систем различна и зависит прежде всего от фазового состояния дисперсионной среды. Коагуляция, коалесценция и седиментационное разделение свойственны системам с легкоподвижной (жидкой или газовой) дисперсионной средой. Изотермическую перегонку можно производить при любом фазовом состоянии дисперсионной среди, в том числе и твердом, где этот процесс является единственным механизмом изменения дисперсности. В системах с легкоподви2кной средой роль изотермической перегонки в уменьшении дисперсности часто мала. Однако если по каким-либо причинам коагуляция и коалесцешщя в таких системах существенно затруднены и особенно если вещество дисперсной фазы хорошо растворимо в дисперсионной q>eдe, то именно изотермическая перегонка может определять скорость разрушения дисперсной системы. В реальных условиях, ког да в дисперсной системе происходят колебания температуры, процессы переконденсации вещества от малых частиц к крупным могут заметно ускоряться. [c.288]

Необходимо отметить, что термодинамическую устойчивость дисперсных систем относят к двум состояниям, соответствуюпхнм двум минимумам потенциальной энергии взаимодействия частиц. Состояние устойчивости лиофильных систем, как систем симопроизвольно образующихся, отвечает первому глубоком потенциальному минимуму, который характеризует слияние, непосредственный контакт частиц с образованием сплошной структуры тела. Термодинамическая устойчивость к коагуляции лиофобных систем относится к неглубокому потенциальному минимуму, отвечающему коагуляции на дальних расстояниях между частица.ми при их взаимодействии через прослойки среды. Как уже упоминалось, в таких системах возможна изотермическая перегонка, так как онн неустойчивы по отношению к первому минимуму. [c.332]

Заметное изменение в упругости пара можно наблюдать лишь у очень малых капель. Так, у капель воды радиуса см разница почти незаметна. Упругость пара увеличивается на 10% при радиусе капли в 10 см при г = 10 см упругость возрастет в два раза по сравцению с упругостью яад плоской поверхностью. Отсюда видно, что при коллоидной степени дисперсности (10 —10 ) упругость насыщенного пара жидкости значительно больше, что должно иметь значение для аэрозолей типа туманов. В них, благодаря изотермической перегонке, должно происходить изменение дисперсности системы в сто,-рону ее уменьшения. [c.116]

Имеются дисперсные системы, состоящие из А гассы капиллярных ходов например—почва, торф, пористые строительные материалы. В таких пористых системах, содержащих жидкость, происходит изотермическая перегонка, при которой жидкость (вода), смачивающая пористое вещество, будет перегоняться с менисков большего на мениски меньшего радиуса, благодаря чему произойдет перемещение жидкости (воды) в пористой дисперсной системе. Понятно, такое перемещение возможно при условии наличия менисков внутри самой системы. [c.117]