Вязкость дисперсных и коллоидных систем

V.9.I. Рассчитать средний сдвиг X сферических частиц песка в воде (т. е. смещение за 1 с за счет теплового движения) и скорость седиментации прн следующих условиях температура 7 = 293 К, вязкость дисперсионной среды -п=1-10 з Па-с плотность песка р = 210 кг/м , плотность дисперсионной среды p = Ы 0 кг/м . Сравнить седиментационную устойчивость дисперсных систем с размерами частиц 10 м (грубодисперсная система) и 10 м (коллоидная система). [c.123]

Химический состав водной фазы (дисперсионной среды) синтетических латексов сравнительно прост, а дисперсная фаза обычно состоит из достаточно инертного в химическом отношении и в большинстве случаев гидрофобного вещества. Поэтому едва ли можно ожидать, что при астабилизации этих систем на поверхности частиц могут происходить какие-нибудь реакции, за исключением тех хорошо изученных реакций, в которых участвует стабилизатор. У латексов с гидрофобным полимером сольватация дисперсной фазы, которая может влиять на устойчивость коллоидной системы, безусловно, отсутствует. Сферическая или близкая к сферической форма частиц устраняет влияние на их взаимодействие неровностей поверхности и позволяет считать, что при столкновении двух глобул они ведут себя как два идеальных шарика. Дисперсная фаза латексов, как правило, является диэлектриком, и при электрофорезе можно не учитывать поправку на проводимость частиц. Большая вязкость полимеров позволяет рассматривать латексные глобулы как твердые частицы. Это значительно упрощает трактовку экспериментальных результатов, так как такие частицы не могут деформироваться под влиянием движения окружающей жидкости. Наконец, весьма существенно, что синтетические латексы можно получать с применением почти любого эмульгатора. Это представляет огромное удобство для экспериментатора, изучающего влияние на свойства латекса природы стабилизующих веществ. [c.382]

Закон Ньютона обычно нарушается при течении коллоидных растворов с удлиненными частицами дисперсной фазы, способными деформироваться в поле напряжений и структурированных систем. Такие коллоидные системы обладают определенными механическими свойствами - пластичностью, упругостью, прочностью и вязкостью. Эти свойства в большинстве случаев связаны с образованием структуры в жидкости, и поэтому их часто называют структурно -механическими или реологическими свойствами. [c.11]

Физико-механические и физико-химические свойства нефтяных битумов зависят от их состава. Увеличение содержания масел в битумах уменьшает их вязкость смолы увеличивают растворимость асфальтенов в маслах, являясь пептизаторами асфальтенов и превращая их в более дисперсные коллоидные системы. В зависимости от степени диспергирования асфальтенов в смолах повышается растяжимость битумов. Изменение состава битумов происходит под влиянием ряда факторов температуры и времени нагревания битума при его приготовлении, света, кислорода воздуха и минеральной среды. При этом происходит уменьшение количества масел и увеличение количества смол и асфальтенов. [c.80]

Наибольшее практическое значение имеют структурно-механические, или реологические, свойства буровых жидкостей. Специфика коллоидно-дисперсных и микрогетерогенных систем предопределяет их промежуточное положение между истинно твердыми и истинно жидкими телами. Они обладают вязкостью, пластичностью, упругостью и прочностью. Важнейшей особенностью коллоидных систем является аномалия вязкости. Их вязкость не является постоянной величиной, а зависит от градиента скорости. Для многих коллоидных систем, образующих пространственные структуры, характерно наличие предела текучести, т. е. напряжения сдвига, ниже которого движение не происходит. Аномалия обусловлена наличием в коллоидных системах структурных сеток, образуемых дисперсной фазой. [c.5]

Влияние взаимодействия между частицами. Причина неприменимости в некоторых случаях уравнения Эйнштейна к дисперсным системам может заключаться в проявлении сил притяжения между коллоидными частицами. При этом в системе образуются более или менее рыхлые структуры, которые включают значительные объемы дисперсионной среды. Подобная иммобилизация, т. е. уменьшение подвижности растворителя, приводит к тому, что вязкость системы оказывается гораздо больше той, которая может быть вычислена по уравнению Эйнштейна. Вязкость в таких системах сильно зависит от скорости течения, так как представляет собой структурную вязкость, обусловленную наличием в системе рыхлых пространственных сеток. [c.338]

Броуновское движение является причиной диффузии частиц в коллоидных системах. Диффузия — самопроизвольное выравнивание концентраций — наблюдается в любых дисперсных системах, частицы которых находятся в движении. Скорость диффузии пропорциональна разности концентраций и температуре, обратно пропорциональна вязкости дисперсионной среды и размеру диффундирующих частиц. В коллоидных системах, частицы которых имеют размеры порядка 10 —10 см, т. е. значительно больше молекул низкомолекулярных веществ, скорость диффузии очень невелика и значительно меньше, чем скорость диффузии в молекулярных или ионных растворах. [c.191]

Известно, что водорастворимые полимеры стабилизируют коллоидные системы за счет образования структурированных адсорбционных слоев и увеличения вязкости дисперсионной среды. При адсорбции полимера одновременно на нескольких частицах образуются крупные агрегаты. При низких концентрациях полимера вязкость жидкости мала, что способствует быстрому образованию и оседанию агрегатов (броуновское движение не затруднено), значит, такие дозировки полимера снижают устойчивость системы. На рис. 3.3 показано влияние добавки полиакриламида на дисперсность бентонита. При концентрации 0,01 % ПАА действует как флокулянт, и в системе преобладают крупные (10...40 мкм) агрега- [c.68]

Резольные синтетические смолы подобно лиофильным коллоидам значительно увеличивают вязкость с ростом концентрации и не подчиняются уравнению Эйнштейна [3], предполагающего линейную зависимость внутреннего трения коллоидной системы от концентрации дисперсной фазы. [c.16]

Дисперсность и вязкость их были различными и обусловливались соотношением составных частей. Дисперсность зависела от степени декарбоксилирования гуминовых кислот и глубины дегидрирования продуктов полимеризации ненасыщенных жирных кислот. К дальнейшим изменениям такой сложной коллоидной системы в первую очередь следует отнести ее разделение на два раствора с неодинаковым соотношением составных частей и разной степенью дисперсности. [c.34]

Как правило, концентрированные растворы эфиров целлюлозы являются достаточно устойчивыми во времени. То или иное изменение вязкости таких растворов во времени обусловливается влиянием ряда факторов [75], а именно изменением степени этерификации растворенного продукта, изменением степени сольватации и возможностью образования трехмерных структур. При устранении влияния перечисленных факторов для концентрированных растворов эфиров целлюлозы процесс старения не является характерным и обязательным. Однако известны случаи, когда некоторые вещества с высокой молекулярной массой, находящиеся в молекулярной степени дисперсности в растворах, самопроизвольно образуют впоследствии неустойчивые коллоидные системы, подвергающиеся старению. Например, амилоза образует истинные молекулярные растворы, но с течением времени самопроизвольно выпадает из них в осадок. Такое явление носит название ретроградации [76]. Растворы амилозы, вначале совершенно прозрачные, при длительном хранении мутнеют, затем полисахарид полностью осаждается. Заметим при этом, что даже до появления видимых изменений растворов они становятся все более и более устойчивыми к действию фермента ами-лазы. [c.76]

В низкомолекулярных коллоидных системах сравнительно легко можно определить, какое вещество составляет дисперсную фазу, а какое непрерывную среду. Для этого либо определяют способность эмульсии смачивать гидрофобную поверхность, либо испытывают способность эмульсии разбавляться водой, либо определяют электропроводность эмульсии. Все эти методы мало пригодны для эмульсий полимер в полимере как вследствие высокой вязкости системы, так и вследствие того, что свойства компонентов (например, электропроводность) различаются незначительно. Проблема определения природы полимера, образовавшего непрерывную среду, является нерешенной, хотя в последнее время появилась публикация, позволяющая наметить путь решения этого вопроса [76]. [c.25]

Разность плотностей дисперсной фазы и дисперсионной среды. Чем меньше разность плотностей дисперсной фазы и дисперсионной среды, тем в большей степени преобладает хаотическое движение коллоидных частиц над силой тяжести, действующей на них, тем, следовательно, больше кинетическая устойчивость коллоидной системы. В том же направлении действует увеличение вязкости среды. [c.325]

В самом деле, в коллоидных системах мы сталкиваемся с такими свойствами, которые зависят от метода приготовления золя, от истории образования дисперсной фазы. Два раствора желатины одинаковой весовой концентрации могут обладать различной вязкостью, если условия приготовления их были различны (например, температурные условия). [c.332]

Структурно-механическая прочность и агрегативная устойчивость нефтяных дисперсных систем. Одной из основных проблем коллоидной химии нефтей и их фракций является исследование, пространственных структур различного рода в нефтяных дисперсных системах и регулирование разнообразными приемами их механических свойств деформационных и прочностных. Необходимость решения данной проблемы способствовала становлению самостоятельной области коллоидной химии — физико-химической механики нефтяных дисперсных систем. Обобщение значительного эмпирического материала позволило в работе [112] предложить с точки зрения макрореологии (диаграмму изменения структурномеханической прочности с ростом температуры в многокомпонентных нефтяных дисперсных системах (рис. 5). Участок ВГ, имеющий различную ширину в зависимости от строения исследуемой нефтяной системы и вырождающийся в точку для битумов, характеризует ньютоновское поведение в полностью разрушенной структуре, вязкость которой не зависит от скорости сдвига. Точка В отвечает пределу текучести системы. С понижением температуры нефтяная система становится тгересыщенной по отношению к твердым углеводородам, выделение которых из однородного с реологической точки зрения расплава приводит к структурированию системы. На участке БВ взаимодействие формирующихся структурных элементов обуславливает вязкопластическое течение обратимо разрушаемой структуры и наличие предельного напряжения сдвига в точке Б. По мере снижения температуры на этом участке скорость формирования коагуляционных контактов мел ду надмоле- кулярными структурами превышает скорость их разрушения под действием механической нагрузки. В точке Б нефтяная система те- [c.38]

Известно, что коллоидные системы с точки зрения термодинамики являются системами неустойчивыми. Они стремятся к минимуму свободной энергии, что обычно сопровождается увеличением их степени дисперсности, т. е. слиянием капель или агрегацией твердых частиц. Чтобы коллоидная система была устойчивой, необходимо предотвратить эту агрегацию, что достигается введением стабилизаторов, т. е. веществ, адсорбирующихся на границе раздела частица — среда. Кроме того, очень большое значение имеет вязкость среды. Если взвешенные частицы даже достаточно крупных размеров находятся в очень вязкой среде, то их подвижность затруднена, и агрегация их становится практически невозможной. [c.474]

Суспензии (взвеси). Это грубодисперсные системы типа твердое вещество — жидкость . Размер частиц дисперсной фазы в них превышает 100 нм. Дисперсная фаза в суспензиях имеет развитую поверхность, но меньшую, чем в коллоидных системах. Так как размеры частиц относительно велики, то суспензии — кинетически неустойчивые системы, т. е. при отстаивании частицы дисперсной фазы выпадают, в осадок. Скорость осаждения их определяется свойствами дисперсионной среды (плотность, вязкость) и частиц дисперсной фазы. Если принять форму частиц за сферическую, та скорость их осаждения и описывается законом Стокса [c.122]

Структуры, образующиеся в темных нефтепродуктах, при низких температурах могут быть результатом понижения степени дисперсности асфальтенов. Наиболее резко аномалия вязкости наблюдается при исследовании нефтепродуктов, содержащих, помимо парафинов, смолистые вещества, влияющие на изменение характера кристаллизации парафинов и физико-химической связи между углеводородами, входящими в состав жидкой фазы, и кристаллами парафина. Эта связь приводит к образованию структур, по характеру своему приближающихся к коллоидным системам, для которых явления аномалии вязкости наиболее типичны. Исследование вязкости парафинистых мазутов, произведенное Б. Г. Тычининым, а также автором показало, что [c.45]

О ходе коагуляции можно судить по изменению вязкости коллоидной системы. Вязкость раствора будет тем больше, чем больше объем передвигающихся с жидкостью частиц и чем меньше свободного растворителя. Эйнштейн дал следующую формулу, связывающую вязкость с изменением отношения объемов дисперсной фазы и всего объема раствора [c.379]

Особенно заметным броуновское движение становится у частиц коллоидной степени дисперсности. В этом случае в отдельные моменты времени часть ударов молекул жидкости о частицу оказывается некомпенсированной, в результате чего частица совершает пробеги в самых различных направлениях. Интенсивность броуновского движения возрастает с повышением температуры и уменьшением вязкости среды. Вместе с тем оно обнаруживает постоянство и независимость как от времени, так и от длительности существования системы. Изучение броуновского движения имело огромное философское значение, так как это явление подтвердило реальность существования молекул. Броуновским движением обусловлен процесс диффузии в коллоидных системах. [c.294]

Здесь г и г р — вязкости коллоидного раствора (золя) и чистой дисперсионной среды Ф — отношение объема дисперсной фазы к общему объему дисперсной системы. [c.39]

Согласно Тамману и Веймарну, образование дисперсной фазы в коллоидной системе при конденсации связано с двумя различными процессами возникновением зародышей (первичных частиц) и их последующим ростом. Зародыши могут возникать только при определенной степени пересыщения раствора. Их появление зависит от многих причин химических свойств реагирующих веществ, характера ассоциации атомов и молекул, вязкости среды, температуры и др. Зародыши захватывают вещество из раствора и продолжают расти до тех пор, пока не исчезнет пересыщение. Процесс роста связан со скоростью отложения растворенного вещества на зародышах и зависит иногда от скорости диффузии к поверхности частиц. [c.106]

Более разнообразные возможности в отнощении стабилизации имеют дисперсные системы с жидкой дисперсионной средой — пены, эмульсии, золи и суспензии. Природа устойчивости всех систем в значительной степецн зависит от фазового состояния дисперсной фазы. Так, пены, подобно аэрозолям, принципиально лиофобны, но в отличие от аэрозолей могут быть эффективно стабилизованы введением ПАВ. Эмульсии и до некоторой степени золи по свойствам могут быть близки к термодинамически устойчивым лиофильным коллоидным системам, и их стабилизация с помощью ПАВ може обеспечить высокую устойчивость системы. В системах с твердой дисперсионной средой все процессы изменения дисперсности затруднены высокой вязкостью дисперсионной среды и малы] 1и значениями коэффициентов диффузии компонентов. [c.328]

Литиевые консистентные смазки представляют собой пастообразные-коллоидные системы, дисперсная фаза которых состоит из волокнистых кристаллических частиц литиевого мыла, образующих трехмерную сетку, удерживающую углеводородное масло. Формирование той или иной структуры смазок, обусловленное процессами кристаллизации мыла, сильно зависит от ряда факторов. К ним следует отнести, в первую очередь, два 1) режим охлаждения смазки и 2) действие добавок различной природы. Влияние обоих факторов сводится к модифицированию первичных частиц мыла и их агрегатов, что заметно изменяет коллоидно-химические свойства смазок. Выяснение зависимости свойств и структуры смазок от условий их охлаждения и влияния добавок имеет, помимо теоретического интереса, большое практическое значение в связи с выявлением оптимальных условий приготовления смазок при их промышленном производстве. В литературе описаны попытки выяснения влияния на свойства и структуру смазок медленного охлаждения ( от 220°) изотропного раствора стеарата лития (Ь151) в углеводородных жидкостях [1—5] с задержкой охлаждения в течение определенного времени формирования структуры при различных температурах (/1). В работах [1—3] было показано, что задержка охлаждения на время не-менее 2—3 часов при /1 = 100° способствует образованию смазки с минимальной пенетрацией, что в нашем обозначении соответствует, по-видимому, максимальной сдвиговой прочности структуры Рг- При исследовании режима медленного охлаждения модельной смазки Ы81 — неполярное вазелиновое масло [4] — в широком интервале г (50—170°) установлена симбатность изменения Рг с tl и ни ири какой tl не было обнаружено максимума на кривой Рг 1 ). Отсутствие экстремального значения Рг для этой модельной смазки связано, по-видимому, с неполярной природой масла, а также, возможно, и с его сравнительно высокой вязкостью, так как оба фактора могут оказывать заметное влияние на формирование структуры смазки. В исследовании [5] было показано, что медленно охлажденная Ы81 — смазка, содержащая добавку щелочи (0,02%. [c.569]

Далее, поскольку вязкость тесно связана со структурой вещества и отражает физико-химические изменения, которые происходят во время того или иного технологического процесса в жидкости или коллоидной системе, то методы вискозиметрии следует применять для контроля производственных процессов, т. е. для характеристики готовности или качества тех или иных продуктов или полупродуктов производства. Б связи с этим в настоящее время большой ин-. терес приобрели исследования вязкости коллоидов и других дисперсных] систем (глин, красок, каучука, целлюлозы, клеев, битумов и т. д.). В частности данные, приведенные в докладе чл.-корр. АН СССР П. А. Ребиндера, показывают, каким образом структура коллоидов и дисперсных систем связана с их физико-механическими свойствами—вязкостью и предельным напряжением сдвига. [c.4]

Агрегирование кристаллов имеет место в основном при кристаллизации высококипящих твердых углеводородов, главным образом остаточного происхождения. Рентгенографические исследования кристаллов парафина и церезина в углеводородных системах показали, особенно для церезинов, присутствие частиц размером 5-10 см. Это-частицы, имеющие коллоидную степень дисперсности и, следовательно, им характерны свойства, присущие коллоидным системам,. например аномалия вязкости, способность к гелеобразованию и др. К таким свойствам относится и способность микрокристаллической взвеси образовывать в определенных условиях агрегаты, как это имеет место при коагу- [c.111]

Адсорбционно-сольватный фактор агрегативной устойчивости коллоидных систем связан с образованием на межфазной поверхности слоев из молекул или ионов. Адсорбционно-сольватные слои обладают особыми свойствами. Они имеют высокую прочность, молекулы в них взаимодействуют между собой более энергично и поэтому менее подвижны. В их составе могут быть кристаллические образования. Формирование таких слоев происходит в результате определенного взаимодействия между веществом дисперсной фазы и дисперсионной средой. Определенная ориентация молекул в слоях способствует проявлению особых механических свойств, а именно повышению вязкости, упругости, сопротивления сдвигу. Развитые адсорбционно-сольватные слои препятствуют сближению коллоидных частиц, т. е. способствуют повышению устойчивости коллоидной системы. Образование прочных адсорбционно-сольватных слоев характерно для гидроксидов таких металлов, как алюминий, железо и др. Согласно теории, разработанной П. А. Ребиндером и его школой, адсорбционно-сольватные слои представляют собой двумерные квазикристаллические структуры. Адсорбционно-сольватные слои могут образовываться и крупными молекулами органических веществ. Эти ориентированные слои не разрушаются при сближении коллоидных частиц, они создают структурно-механиче-1СКИЙ барьер, препятствующий их агрегации. Соединения, входящие в состав адсорбционно-сольватных слоев, называются стабилизаторами. [c.116]

Уравнению (1. I) подчиняются только совершенно однородные (гомогенные) жидкости, не содержащие дисперсной фазы (взвеси) ни в коллоидном, ни в макродиснерсном состоянии. При наличии в жидкости дисперсной фазы уравнение Ньютона оказывается неприменимым. Это обусловливается тем, что частицы дисперсной фазы вызывают дополнительное сопротивление перемещению слоев жидкости друг относительно друга, причем соотношение между величиной этого дополнительного сопротивления и величиной ос-пЬвного сопротивления, обусловливаемого истинной вязкостью самой жидкой фазы данной дисперсной системы, изменяется в зависимости от скорости относительного смещения слоев жидкости или от величины действующего на жидкость усилия. При этом при уменьшении усилия относительная значимость дополнительного сопротивления, обусловленного присутствием дисперсной фазы, возрастает. [c.8]

Добываемая нефть содержит значительное количество воды, механических примесей, минеральных солей. Поступающая на переработку нефтяная эмульсия подвергается обезвоживанию и обес-соливанию. Характерными чертами нефтяных эмульсий являются их полидисперсность, наличие суспендированных твердых частиц в коллоидном состоянии, присутствие ПАВ естественного происхождения, формирование при низких температура х структурных единиц. По данным [144] в процессе диспергирования капель воды в нефти образуется до триллиона полидисперсных глобул в 1 л 1%-ной высокодисперсной эмульсии с радиусами 0,1 10 мк, образующаяся нефтяная эмульсия имеет большую поверхность раздела фаз. Высокие значения межфазной энергии обуславливают коалесценцию глобул воды, если этому процессу не препятствует ряд факторов структурно-механический барьер, повышенные значения вязкости дисперсионной среды. Установлено, что повышению структурно-механической прочности межфазных слоев в модельной системе типа вода — мас о — ПАВ способствует добавка частиц гЛины [145]. Агрегативная устойчивость нефтяных эмульсий обеспечивается наличием в них ПАВ — эмульгаторов нефтяного происхождения так, эмульгаторами нефтяных эмульсий ромашкинской и арланской нефтей являются смолисто-асфальтеновые вещества, а эмульсий мангышлакской нефти алканы [144]. Интересные результаты об изменении степени дисперсности нефтяных эмульсий в зависимости от pH среды и группового состава нефтей получены в работе [146]. Механизм разрушения нефтяных эмульсий состоит из нескольких стадий столкновение глобул воды, преодоление структурно-механического барьера между rлoбyJ лами воды с частичной их коалесценцией, снижение агрегативной устойчивости эмульсии, вплоть до полного расслоения на фазы. Соответственно задача технологов состоит в обеспечении оптимальных условий для каждой стадии этого процесса, а именно - снижении вязкости дисперсионной среды (до 2—4 ммУс) при повышении температуры до некоторого уровня, определяемого групповым составом нефти, одновременно достигается разрушение структурных единиц уменьшении степени минерализации остаточной пластовой воды введением промывной воды устранении структурно-механического барьера введением определенных количеств соответствующих ПАВ — деэмульгаторов. Для совершенствования технологических приемов по обессоливанию и обезвоживанию нефтей требуется постановка дальнейших исследований по изучению условий формирования структурных единиц, взаимодействия [c.42]

Фазовое состояние, в котором находятся асфальтены, будет определяться природой нефти, количеством смолисто-асфальтеновых веществ, температурой системы [220]. В высокоароматизированной углеводородной среде, при небольшой концентрации асфальтенов сравнительно невысокой молекулярной массы образуется истинный раствор. Увеличение молекулярной массы и концентрации, снижение температуры и ароматично сти дисперсионной среды приводят к появлению ассоциатов и образуется термодинамически неустойчивая лиофобная система. Образуют ли выделившиеся асфальтены дисперсную фазу и коллоидный раствор или, агрегируясь, образуют самостоятельную псевдофазу [219] будет зависеть от концентрации и растворяющей способности смол, вязкости среды [218]. Смолистые фракции, играя роль поверхностно-активных веществ, образуют в ассоциате сольватный слой, так как они ориентированы к асфальтеновому ассоциату полярными фрагментами, а углеводородными к дисперсионной среде. Они представляют собой барьер, препятствующий укрупнению частиц. Устойчивость таких систем будет определяться толщиной сольватной оболочки. Неустойчивые системы стремятся к разделению фазы. Результатом этого может быть расслоение продукта в процессе хранения и компаундирования, при нагреве в змеевиках и др. [c.94]

В стесненных условиях особенно заметна роль стабилизирующих слоев на поверхности частиц дисперсной фазы. Поверхностные слои соседних частиц перекрываются, что приводит к значительному росту сил отталкивания. Наступает момент, когда возникает равновесие между силами отталкивания и притяжения. Дальнейшее увеличение концентрации способствует росту этих сил при сохранении их равенства. Расиоложеине частиц на дальних расстояниях фиксируется, что отвечает образованию так называемой периодической коллоидной структуры (ПКС), для которой характерна высокая упорядоченность частиц. При концентрациях, соответствующих образованто периодической структуры, резко возрастает вязкость системы. Если система стабильна благодаря наличию электрических слоев, то ее разлсижение достигается введением небольших количеств электролитов. [c.373]

Явления аномальной вязкости в маслах обычно воз- В,г1см никают вблизи температуры помутнения, когда из масла начинают выделяться твердые парафиновые углеводороды. Кроме того, добавка даже небольшого количества парафина (до 1%) к маслу, до этого не обнаруживавшего явлений аномальной вязкости, сообщает этому маслу при достаточно низкой температуре все свойства коллоидной дисперсной системы — наличие структурной вязкости, тиксотропию, статическую упругость сдвига. [c.129]