Броуновское движение сила тяжести

Согласно представлениям коллоидной химии, частицы дисперсной фазы с размером менее одного микрона принимают участие в броуновском движении. Силы тяжести для них невелики и уравновешиваются диффузией, вследствие чего в поле земного тяготения устанавливается некоторое равновесное распределение количества этих частиц по высоте (Диффузией называют самопроизвольно протекающий в [c.12]

Как мы видели выше, частицы дисперсной фазы, размер которых менее одного микрона, принимают участие в броуновском движении. Силы тяжести для них невелики и уравновешиваются диффузией, вследствие чего в поле земного тяготения устанавливается некоторое равновесное распределение количества этих частиц по высоте подобно тому, как распределяется давление воздуха в атмосфере. Такие частицы не оседают под действием силы тяжести и могут находиться сколь угодно долго во взвешенном состоянии. Системы, частицы которых не оседают заметно под действием силы тяжести, принято называть седиментационно устойчивыми. Седиментационная устойчивость, таким образом, зависит от размеров частиц (и разности плотностей частицы и среды). Седиментационно устойчивы все коллоидные системы, так как размер их частиц очень мал и сила тяжести невелика. Седиментационно устойчивы также дисперсные системы, частицы которых имеют размер менее одного микрона и находятся в активном броуновском движении. [c.31]

Можно считать, что граница между суспензиями (взвесями) и коллоидными растворами определяется появлением броуновского движения твердых частиц. С возникновением броуновского движения эти частицы не могут осаждаться под действием силы тяжести. [c.239]

При одном и том же составе фаз способ разделения неоднородной системы зависит главным образом от размеров внутренней, взвешенной фазы. Разделение системы тем сложнее, чем мельче частицы, взвешенные во внешней фазе. Так, например, частицы размерами менее 0,4—0,5 мкм в жидкой фазе и менее 0,1 мкм в газовой фазе практически не оседают под действием силы тяжести из-за интенсивного броуновского движения. Для разделения таких смесей требуются специальная подготовка внешней среды и более совершенные методы осаждения. [c.236]

В результате интенсивного броуновского движения частицы менее 0,4—0,5 мк в случае жидкой среды и менее 0,1 мк ъ случае газообразной среды могут оставаться во взвешенном состоянии неограниченно долгое время, т. е. такие неоднородные системы под действием силы тяжести практически не разделяются. [c.191]

Каждая частица (макромолекула) в растворе находится под действием двух сил силы тяжести и теплового движения. В равновесном состоянии в столбе жидкости (раствора) концентрация одинаковых по массе и размеру частиц вверху меньше, чем внизу. Определяя концентрацию вешества на двух уровнях по высоте столба жидкости, можно оценить величину молекулярной массы. Однако для достижения такого равновесия требуется практически бесконечное время, потому что установлению такого седиментационного равновесия препятствует броуновское движение частиц. Для сокращения длительности опыта можно увеличить сообщаемое частицам ускорение. [c.45]

Переходную область между суспензиями и истинными растворами (гомогенные системы) занимают коллоидные растворы, в которых размеры частиц, находящихся в жидкости, являются средними между размерами молекул и частиц взвесей. Граница между суспензиями и коллоидными растворами может быть в первом приближении охарактеризована появлением броуновского движения твердых частиц, с возникновением которого эти частицы не могут осаждаться под действием силы тяжести. [c.176]

В отличие от растворов и систем с молекулярной степенью дисперсности лиофобные золи имеют ограниченную устойчивость. Неустойчивость грубодисперсных суспензий связана главным образом со значительной скоростью оседания их частиц под действием силы тяжести. В более высокодисперсных системах броуновское движение достаточно интенсивно, чтобы предотвратить оседание, но с течением времени устойчивость и этих систем нарушается вследствие возникающих в них изменений, приводящих к укрупнению частиц. Когда размеры частиц становятся достаточно большими, они оседают, и дисперсная фаза отделяется от дисперсионной среды. [c.192]

Из уравнения (УП1, 18) видно, что с большей скоростью оседают более крупные частицы. Так, частицы серебра оседают в воде на 1 см при г= 1 10- м за 0,05 с при г= 1 10 м — за 500 с, а при г=1.10-8 см — за 58 суток. Диффузия в случае более мелких частиц дисперсной фазы протекает с большей скоростью и замедляется с увеличением их размера. Если степень дисперсности вещества мала (радиус частиц больше 2 нм), то частицы не совершают броуновского движения, следовательно, их способность к диффузии равна нулю. В данном случае сила тяжести значительно преобладает над силами диффузии. [c.307]

Под кинетической устойчивостью понимается способность дисперсных частиц удерживаться во взвешенном состоянии под влиянием броуновского движения. Кроме броуновского движения факторами кинетической устойчивости являются дисперсность, вязкость дисперсионной среды, разность плотностей дисперсной фазы и дисперсионной среды и некоторые другие. Из всех перечисленных факторов наибольщее влияние на скорость осаждения коллоидных частиц оказывает степень дисперсности вещества. Чем меньше размер частиц, тем выше устойчивость системы. Системы, в которых скорость осаждения взвешенных частиц под влиянием силы тяжести настолько мала, что ею можно пренебречь, принято называть кинетически устойчивыми. [c.324]

Процесс седиментации постепенно приводит дисперсную систему к упорядоченному состоянию, так как оседающие частицы располагаются в соответствии с их размерами (в нижних слоях преобладают крупные, затем более мелкие). Через какой-то промежуток времени все частицы могли бы осесть, как бы малы они ни были. Однако этому противодействуют броуновское движение и диффузия, стремящиеся распределить частицы равномерно по всему объему дисперсионной среды. Между процессами седиментации и диффузии устанавливается равновесие, характеризуемое неоднородным распределением частиц по высоте столба. Мелкие частицы сильнее испытывают влияние диффузии и располагаются в основном в верхних слоях, более крупные частицы под действием силы тяжести располагаются в нижних слоях. Установившееся состояние системы называют седиментационно-диффузионным равновесием. Путем подсчета частиц на двух уровнях можно определить массу и радиус частиц. [c.375]

Седиментация. Седиментационный анализ. В грубодисперсных системах с частицами, плотность которых значительно больше плотности среды, частицы оседают под действием силы тяжести намного быстрее, чем они смещаются в результате броуновского движения. Оседание частиц в поле тяготения, называемое седиментацией, используется для определения их размеров, фракционирования систем и для других целей. Скорость движения частиц рассчитывается из равенства силы тяжести с поправкой на силу. Архимеда и силы вязкого сопротивления среды, находимой по формуле Стокса /=6 пг гю. Наиболее точный вариант седи-ментационного анализа — гравиметрический. Основной прибор, применяемый в этом методе,— весы, к которым подвешивается погружаемая в жидкость легкая чашечка. Кроме весовых седиментометров, существуют устройства, основанные на измерении гидростатического давления столба суспензии. Прибор для таких измерений был предложен Г. Вигнером. Более детально описание седиментометров и техники проведения седиментометрического анализа можно найти в руководствах по лабораторным работам. [c.148]

Диффузионно-седиментационное равновесие. Выше рассмотрены два крайних случая поведения частиц дисперсной фазы в вязкой среде. В одном случае игнорировалось действие силы тяжести, в другом (при изучении седиментации) не принималось в расчет броуновское движение. При совместном протекании диффузии и седиментации в системе устанавливается равновесное распределение частиц по высоте, описываемое уравнением [c.156]

Классическими примерами образования флуктуаций, т. е. возникновения в равновесных системах процессов, протекающих с убылью энтропии, служит броуновское движение. Оно возникает вследствие того, что сумма импульсов от ударов молекул среды о поверхность маленькой частицы не равна нулю и в каждый момент хаотически изменяется и по величине, и по знаку, вызывая движение частиц снизу вверх вопреки силе тяжести и в противоречии [c.97]

Осаждение (седиментация) частичек с диаметром менее 0,1 мк под действием силы тяжести практически уравновешивается броуновским движением, т. е. их диффузией. Оптический метод основан на определении числа и густоты расположения коллоидных частичек по интенсивности рассеянного ими света с помощью ультрамикроскопа и нефелометра. Классификацию частичек по их размерам можно представит следующей схемой [c.19]

С течением времени сила тяжести частиц преодолевает броуновское движение, и дисперсная фаза взвесей осаждается, если ее плотность больше, чем дисперсионной среды, или всплывает наверх, если ее плотность меньше, чем дисперсионной среды (например, сливки в молоке). В коллоидных растворах ввиду меньшей массы частиц броуновское движение более интенсивно, и они значительно более устойчивы, чем взвеси. [c.135]

Например, в воздухе пылинки разме(ром 0,1 мм (100 000 нм) оседают под действием силы тяжести со скоростью 120 см/с, а в результате броуновского движения смещаются за 1 с на расстояние всего 5-10 см. Очевидно, последнее на поведении частицы не сказывается. Пылинки же с размерами 300 нм и оседают и смещаются в результате броуновского движения на одну и ту же величину около 10 см/с. Для меньших частиц определяющим в их поведении оказывается броуновское движение, и частицы являются коллоидными. [c.257]

Грубые частицы суспензий и эмульсий можно выделить путем отстаивания, их массы настолько велики, что броуновское движение не компенсирует для них силу тяжести и они оседают или всплывают в зависимости от их плотности по закону Стокса. [c.220]

Значение высот На и к определяется результатом действия двух противоположных сил — силы тяжести, увлекающей частицы на дно сосуда, и броуновского движения, ведущего к равномерному распределению частиц по всей высоте сосуда. Отсюда следует, что определяющим фактором в кинетической устойчивости системы является степень дисперсности дисперсной фазы Чем она выше, т. е. чем меньше размеры и масса частиц и, следовательно, чем больше энергия их броуновского движения, тем выше кинетическая устойчивость. Повышение температуры, ведущее к усилению броуновского движения, увеличивает кинетическую устойчивость. [c.325]

Коллоидные частицы, находясь в беспрерывном броуновском движении, могут сблизиться на расстояние, допускающее слияние их водных оболочек при условии, когда двойной электрический слой сжат настолько, что и противоионы находятся внутри водных оболочек (в основном). Электронейтральные частицы при столкновениях слипаются, образуя более крупные агрегаты частиц, которые под действием силы тяжести оседают на дно сосуда. В устойчивых золях у частиц есть не только электрические заряды, но и достаточно толстый диффузный слой, по сравнению с толщиной водной оболочки. [c.87]

Если в коллоидной системе сила тяжести будет превалировать над броуновским движением, то частицы начнут оседать. Скорость оседания (седиментации) по закону Стокса [c.59]

Так, условием седиментационной устойчивости свободнодисперсной системы является достаточно малый размер частиц, — такой, чтобы действие силы тяжести не могло преодолеть стремления частиц к равномерному распределению по всему объему дисперсионной среды в результате их теплового (броуновского) движения, т. е. стремления к возрастанию энтропии системы. В качестве количественного критерия присутствия в равновесии с осадком заметного количества частиц, взвешенных в объеме дисперсионной среды, можно использовать, например, условие Ние/г Х, где г — радиус частиц, а Я1/ е — высота атмосферы частиц, описываемая полученным в 4 гл. V выражением (V—42). Это дает кТ//и Я1/е > 1, где т = (41с/3) (р — р ) — вес частиц с плотностью р в среде с плотностью р,о. Отметим, что конвекционные потоки, всегда существующие в реальных системах, содействуют их седиментационной устойчивости. [c.241]

Седиментационная устойчивость определяется соотношением между направленным процессом осаждения частиц в поле силы тяжести и диссипативным процессом рассеяния частиц в результате броуновского движения. Когда сила тяжести, действующая на частицы, уравновесится с силой вязкого сопротивления, движение становится равномерным и осуществляется с постоянной скоростью [c.40]

Частицы менее 1 мкм из нефтепродуктов удалить практически невозможно. Это объясняется тем, что с уменьшением размеров частиц их масса уменьшается гораздо быстрее, чем сила трения, поскольку сила тяжести для сферических частиц пропорциональна третьей степени диаметра частиц, а сила трения — первой. Кроме того, мелкие частицы вследствие броуновского движения легко перемещаются в нефтепродукте, в котором наблюдаются конвекционные потоки, обусловленные перепадом температур, вибрацией, толчками и другими причинами. В результате этого мелкие частицы либо оседают чрезвычайно медленно, либо совсем не оседают. Изменение размеров частиц на один порядок приводит к изменению скорости осаждения частиц на два порядка (табл. 69). С уменьшением диаметра частиц влияние броуновского движения увеличивается [c.177]

ОСАЖДЕНИЕ в хим. технологии, выделение тв. фазы из. запыленных газов (см. Пылеулавливание) или суспензий под действием силы тяжести, центробежной силы (см. Центрифугирование) или сил электростатич. поля. Эффективность разделения суспензий под действием силы тяжести (отстаивание) определяется ра.змером, формой, плотностью и концентрацией тв. частии, вязкостью жидкой фазы и др. Так, нельзя разделить отстаиванием суспензии, если плотности жидкости и ТВ. частиц равны, а также при размере частиц менее 5-10 мм (т. к. мелкие частицы совершают броуновское движение). Эффективность отстаивания падает с увеличением конц. суспензии и вязкости жидкой фазы. [c.417]

Мути, в которых степень раздробленности дисперсной фазы велика и взвешенные частицы достигают величины 100 т эти частицы находятся еще в пределах видимости и могут быть обнаружены при помощи ультрамикроскопа. В мутях взвешенные частицы интенсивно движутся (броуновское движение) и не осаждаются под действием силы тяжести. [c.201]

Резюмируя изложенное, можно отметить, что под влиянием внешнего электрического поля соответствующей напряженности капельки воды поляризуются и взаимодействуют между собой как крупные диполи. При достаточно близком расстоянии между капельками силы взаимодействия настолько велики, что происходит сближение и коалесценщ1я капелек. Чем меньше расстояние между капельками и чем больше их равме-ры, тем интенсивнее идет их слияние. Этому процессу способствует также и то обстоятельство, что поляризованные капельки оказывают в свою очередь/влияние на распределение и величину электрического поля, значительно его усиливая и делая его неоднородным. Находясь в переменном электрическом поле (промышленной частоты), капельки синхронно с ним вибрируют и втягиваются в зону большей напряженности. Поскольку в поле находится большое число капелек, положение которых непре-рывно изменяется, изменяются и условия в каждой точке поля. Поэтому происходит быстрое беспорядочное передвижение капелек. Оно, наряду с броуновским движением, значительно увеличивает вероятность столкновения капелек. При достаточной скорости столкновения капельки воды спиваются и под влиянием силы тяжести оседают вниз. [c.56]

Из вновь формируемых сложных структурных единиц могут образоваться золи (свободнодисперсные системы) и гели (связан-нодиснерсные системы). В свободнодисперсных системах частицы дисперсной фазы не связаны друг с другом и могут перемещатг.ся в -пространстве под действием внешних сил (силы тяжести или броуновского движения). Дисперсная фаза связаннодисперсных систем образует сплошной каркас (пространственную структуру), внутри которого содержится дисперсионная среда. [c.14]

Отличительная особенность броуновского движения частиц в газообразной дисперсионной среде определяется, прежде всего, малой вязкостью и плотностью газов. В связи с этим жидкие и твердые частицы аэрозолей имеют болыиие скорости седиментации под влиянием силы тяжести, что затрудняет наблюдение броуновского движения. Одиако действие силы тяжести частиц удобно скомпенсировать с помощью электрического поля. Другая особенность броуновского движения частиц в газах связана с тем, что число молекул в единице объема газа значительно меньше, чем в жидкости, и число столкновений молекул газа с коллоидной частицей также меньи.[е, а это обусловливает существенно большие амплитуды броуновского двпжения. Средний сдвиг частицы, находящейся в воздухе при нормальных условиях, в 8 раз больше, а в водороде в 15 раз больше, чем в воде. При уменьшении давления газа средний сдвиг частицы можно увеличить в сотни раз. Из сказанного следует, что, изменяя давление, можно менять характер броуновского движения, т. е. управлять им. Поэтому аэрозоли являются хорошими объектами для исследования броуновского движения. [c.207]

Наиболее существенным фактором, влияющим на состояние нефти как дисперсной системы, является температура. Любое образование новой твердой макрофазы в виде отложений на поверхности возможно лишь после возникновения в объеме нефти диспергированной твердой микрофазы /4, 30/. Поэтому при температурах, выше температуры насыщения нефти парафинами, заметных отложений на поверхности оборудования не наблюдается. Опасность образования отложений возникает лишь ниже температуры насыщения, когда образуется твердая микрофаза и нефть превращается в свободнодисперсную систему, в которой дисперсные частицы не связаны друг с другом и способны независимо перемещаться в дисперсионной среде под влиянием броуновского движения или силы тяжести. При дальнейшем снижении температуры, после достижения характерного для каждой нефти ее критического значения, благодаря повышению концентрации дисперсной фазы нефть превращается в связнодисперсную систему - гель, в которой дисперсные частицы связаны друг с другом за счет межмолекулярных сил и образуют своеобразные пространственные сетки, формируя структурные каркасы и превращая нефть в структурированную жидкость. В гелеобразном состоянии дисперсные частицы практически теряют возможность свободно перемещаться внутри системы. Температура гелеобразова-ния является весьма важной технической характеристикой дисперсной системы как минимальная температура, при которой в отсутствии механического воздействия система способна находиться в подвижном состоянии. [c.46]

Известно, что масло с композицией присадок и частицами пыли является микрогете-рогенной дисперсной системой, в которой действуют сила тяжести и гюверхностные силы. Свободная поверх юстная энергия частиц кварцевой пыли компенсируется сорбцией молекул дисперсионной среды с образованием вокруг них сольватных слоев. Причем к сорбции склонны также растворенные в масле поверхностно-активные вещества присадки. Сольватированные частицы находятся в броуновском движении в системе, однако при сближении на определенное расстояние, а тем более при соударении, они способны слипаться с образованием агрегатов. Последние, достигнув критической величины (более 5 мкм), под действием силы тяжести выпадают в осадок. Как видно из рис. 9.10, б (линия 2) образец масла с присадкой А более устойчив к влиянию механических примесей. Фактор устойчивости Ф = 0,5 при концентрации механических примесей 0,5% мае. В то же время с присадкой В-15/41 Ф = 0,2. Это, вероятно, связано с тем, что присадка А солюбилизирует нерастворимые в масле частицы кварцевой пыли и нестабильные компоненты присадки АБЭС. Частицы пьиш включаются в гидрофильное ядро мицеллы и в таком виде сохраняются в системе, что и обусловливает более высокую устойчивость образца масла ИГС -38д с присадкой А к влиянию механических примесей. [c.276]

Можно рассматривать седиментационную (кинетическую) и агрегативную устойчивость седиментационная устойчивость, количественно выражающаяся гипсометрическим законом распределения частиц по высоте, определяется броуновским движением и силой тяжести частиц. Если частицы дисперсной системы достаточно малы, они удерживаются в растворе благодаря броуновскому движению, несмотря на действие силы тяжести. Такие системы называются седиментационно устойчивыми. Агрегативнрй устойчивостью называется способность частиц системы сохранять степень дисперсности, т. е. не слипаться и не давать агрегатов под влиянием различных воздействий. [c.234]

Н. П. Песков (1920) ввел понятие о двух видах устойчивости дисперсных систем седиментационной (кинетической) и агрегативной. Седиментационная устойчивость позволяет системе сохранять равномерное распределение частиц в объеме, т. е. противостоять действию силы тяжести и процессам оседания или всплывания частиц. Основными условиями этой устойчивости являются высокая дисперсность и участие частиц дисперсной фазы в броуновском движении. Агрегативная устойчивость дисперсных систем — это способность противост()ять агрегации частиц. В этом отношении дисперсные системы делят на два класса 1) термодинамически устойчивые, или лиофильные, коллоиды, которые самопроизвольно диспергируются и существуют без дополнительной стабилизации (мицеллярные растворы ПАВ, растворы ВМВ и т. п.). При образовании этих систем свободная энергия Гиббса системы уменьшается (Лй<0) 2) термодинамически неустойчивые, или лиофобные, системы (золи, суспензии, эмульсии). Для них А6 > 0. [c.424]

Кинетическая (седиментационная) неустойчивость — результат того, что дисперсные частички под влиянием силы тяжести оседают по закону Стокса, Она зависит от дисперсности и концентрации дисперсии. Кинетическая устойчивость высокодисперсных коллоидных си- стем связана с диффузией и броуновским движением, а агрегативная — с изменением дисперсностл. [c.80]

Рассмотрим броуновское движение коллоидных частиц в гравитационном поле. Как и в случае диффузии, происходящей в поле химического потенциала, перемещения чаетицы при броуновском движении обладают большей вероятностью в направлении вдоль поля. Иначе говоря, на фоне беспорядочного движения частицы будут постепенно оседать под действием силы тяжести (если плотность частиц й больше плотности среды йо) или всплывать (если < о). Однако этот процесс, приводящий к возникновению градиента концентрации, компенсируется встречной диффузией. В результате установится равновесие между порядком (направленное действие поля) и беспорядком (броуновское движение), характеризуемое неоднородным распределением частиц по высоте столба (вдоль поля). [c.34]

Современные промышленные предприятия, такие как металлургические, химические, цементные заводы, а также тепловые электростанции, являются источниками загризнения окружающей среды. Наравне с вредными газами эти предприятия выбрасывают в атмосферу большое количество пыли, взвешенной в дымовых газах, а также капель и брызг. Как те, так и другие могут быть сравнительно крупными (крупнодисперсные вещества с размерами частиц более 1 мкм) или мелкими (мелкодисперные вещества с размерам-и частиц менее 1 мкм). К последним относятся дымы и туманы. Взвеси таких мелких частиц в газах носят название аэрозолей. В аэрозолях частицы находятся во взвешенном состоянии, так как уже при малых скоростях их движения силы, создаваемые сопротивлением среды, уравновешивают силу тяжести частиц. При движении газового потока частицы двигаются вместе с ним. При высокой дисперсности частиц они оказываются чувствительными к ударам отдельных молекул газа (броуновское движение). [c.384]

Частицы пробы размером более 1 мкм удерживаются по механизму, который отличается от механизма, характерного для описанного выше диффузионно контролируемого режима. Изменение режима иа стерический характерн-зуется обращением порядка элюирования, т. е. чем больше частицы, подвергаемые стерическому ФПП, тем раньше они элюируются. Когда зтн большие частицы, броуновским движением которых можно пренебречь, подвергаются действию поля, они останавливаются у аккумулирующей стенки. Эта тенден-1щя противоположна существованию гвдродинамических подъемных сил, которые увлекают частицы вверх и вдаль от стенки в условиях высокой скорости. Несмотря на то, что теория такого процесса удерживания до иастояпдаго времени не 1юлностью разработана, понятно, что между приложенным полем и этими подъемными силами, индуцированными потоком, должен быть достигнут очень тонкий баланс. Если скорость потока мала по сравнению с приложенным полем, частицы могут адсорбироваться на стенках и элюироваться непредсказуемо долго или не элюироваться вовсе. Если скорость потока слишком велика, чтобы эффективно компенсироваться полем, подъемные силы приведут к существенному ухудшению разрешения. Если же необходимый баланс достигается, инициация потока вдоль канала после релаксации вызовет движение частиц по потоку со скоростями, определяемыми степенью, с которой они выходят в поток равновесное расстояние от центра тяжести частиц до стенки будет примерио равно радиусу частиц. Уравнение удерживания для этого гидродинамического режима работы в таком случае может быть выражено следующим образом [c.314]

Частицы размером более 1а заметно оседают под действием силы тяжести, тогда как для частиц менее 1 х характерно преобладание броуновского движения (диффузия). Благодаря низкой вязкости воздуха диффузия частиц аэрозоля происходит с большой быстротой. Кроме того, аэрозоли легко переносятся ветром и конвекционными потоками в воздухе, что имеет большое значение для распространения дьглов и туманов. [c.163]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология