Упругость коллоидных систем

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]

Вискозиметр Куэтта. Этот вискозиметр очень удобен для наблюдения за изменениями вязкости во времени. Такие изменения — частое явление в коллоидных системах, что может быть обусловлено, например, коагуляцией. Вискозиметр Куэтта состоит из цилиндра, подвешенного на тонкой упругой нити, к которой прикреплено зеркальце с помощью последнего определяется угол поворота. Указанный цилиндр концентрически опускается во внутрь другого цилиндрического сосуда, заполненного исследуемой жидкостью. Внешний цилиндр вращается с постоянной скоростью, и увлекаемая им жидкость поворачивает внутренний цилиндр до тех пор, пока торсионная сила не сравняется с силой трения. При этом угол поворота пропорционален вязкости жидкости. Сравнивая углы поворота внутреннего цилиндра для двух разных жидкостей при вращении внешнего цилиндра с постоянной скоростью, можно определить вязкость одной жидкости, если известна вязкость другой. [c.70]

Гелеобразные системы являются коллоидными системами и характеризуются определенными реологическими свойствами вязкостью гелеобразующего раствора, предельным напряжением разрушения (прочностью) образовавшегося из него геля 0 и модулем упругости геля С. [c.234]

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]

Многие нефти, а также некоторые масла при охлаждении до определенной температуры образуют коллоидные системы в результате кристаллизации или коагуляции части входящих в них компонентов. В этом случае течение жидкости перестает быть пропорциональным приложенной нагрузке (не подчиняется закону Ньютона) из-за образовавшейся внутри жидкости структуры коагулированных (кристаллизованных) частиц какого-то компонента (асфаль-тенов, парафинов, церезинов и др.). Вязкость таких систем носит название структурной. Для разрушения структуры требуется определенное усилие, которое называется пределом упругости. После разрущения структуры жидкость приобретает ньютоновские свойства, и ее течение становится вновь пропор- [c.26]

Пластичные (консистентные) смазки представляют собой пластические коллоидные системы. Это особый класс смазочных материалов, приготавливаемых путем введения в смазочные масла специальных, главным образом твердых, загустителей, ограничивающих их текучесть. Большинство консистентных смазок в широком интервале температур ведет себя как твердые упругие тела. Они приобретают способность необратимо деформироваться (течь), если приложенная сила больше предела текучести смазки. С повышением температуры предел тек ести консистентных смазок понижается и при некоторой, определенной для каждой смазки температуре становится равным нулю (смазка течет). Вторым характерным признаком консистентных смазок, отличающим их от смазочных масел, является аномальное внутреннее трение, в отличие от нормальных жидкостей, зависящее от условий течения (структурная вязкость). Эти свойства консистентных смазок связаны с их коллоидной природой и структурой. [c.146]

Бумажная масса — периодическая коллоидная структура с ограниченным объемом. С увеличением дисперсности в процессе размола, особенно в стадии фибриллирования [47], среднее расстояние между волокнами уменьшается, что приводит к более жесткой фиксации волокон из-за уменьшения размытости энергетических ям при этом упругие свойства системы возрастают (см. рис. 12). Набухание волокон и электрический заряд поверхности предотвращают их непосредственное слипание. В процессе обезвоживания массы на сетке бумажной машины между волокнами возникают прочные контакты, вероятно, за счет адгезивов, водородных связей и структурных особенностей каркаса. При дальнейшей сушке бумажного листа волокна сближаются и связи упрочняются. Можно предполагать, что в образовании этих связей, как и в других случаях адгезии, важная роль принадлежит эффектам поляризации-воды. [c.139]

Коллоидные и микрогетерогенные системы с жидкой и твердой дисперсионной средой, как и все другие конденсированные системы, обладают определенными механическими свойствами — вязкостью,, во многих случаях пластичностью, упругостью и прочностью. Эти свойства связаны со структурой подобных систем, поэтому их часто называют структурно-механическими свойствами. Эти свойства называют еще реологическими, так как учение [c.313]

Возвратимся к рассмотрению механических свойств твердообразных микро-. гетерогенных и коллоидных систем, об- ладающих истинной упругостью. К таким системам относятся поликристаллические. металлы, самые разнообразные структурированные дисперсные системы, гели, концентрированные растворы мыл, а также высокомолекулярные вещества н их концентрированные растворы, способные проявлять не только упругость, но и высокую эластичность. [c.333]

Рассмотренные методы позволяют определить важнейшие параметры Ей Е , Рн, 111, Т12), количественно характеризующие упруго-пластические свойства структурированных коллоидных систем. Например, исследование изменения этих величин в зависимости от времени, прошедшего с момента формирования системы, позволяет провести количественную оценку тиксотропных свойств структурированных систем, имеющих большое значение для практики. [c.261]

Начиная с 1930- г., М. П. Воларович и его сотрудники проводят интересные исследования по реологическим свойствам коллоидных систем. Они изучают режимы и особенности течения и механических свойств различных дисперсных систем минеральных суспензий, торфяной массы, мыла и др. Им удалось найти ряд общих математических соотношений, позволяющих решить на основании реологических свойств вопрос о структуре дисперсной системы. Они предложили много оригинальных приборов для исследования упруго-вязких свойств дисперсных систем. [c.7]

В классической физике механические свойства тел изучались без учета физико-химических факторов, особенностей состава и строения (структуры самого тела) и окружающей среды. Обычно проводилось резкое различие между твердыми телами и жидкостями. Дальнейшее развитие молекулярной физики и в особенности коллоидной химии с учением о структурообразовании в дисперсных системах показало, что, с одной стороны, различие между жидкостями и твердыми телами носит кинетический (релаксационный) характер, а с другой, — что между предельными состояниями — идеально упругими твердыми телами и вязкими жидкостями осуществляется непрерывный ряд переходов, образующих огромное многообразие реальных тел промежуточного характера. Следовательно, учение о механических свойствах должно стать крупной самостоятельной главой современной физикохимической науки. [c.172]

Коллоидные и микрогетерогенные системы с жидкой и твердой дисперсионной средой, как и все другие конденсированные системы, обладают определенными механическими свойствами — вязкостью, во многих случаях пластичностью, упругостью и прочностью. Эти свойства связаны со структурой подобных систем, поэтому их часто называют структурно-механическими свойствами. Эти свойства называют еще реологическими, так как учение о течении различных тел или, в более общем виде, о процессах деформации, развивающихся во времени, носит название peo логи и. [c.313]

Чаще всего, как указано в разделе Внутреннее строение , возникновение аномальных явлений обусловлено появлением в масле кристаллов парафина. При этом масло приобретает свойства, присущие дисперсным коллоидным системам — начальную упругость сдвига, тик-сотропию. [c.128]

Т1Щ0= 1,002-Па-с при 293 К и 8,902-10- Па-с при 298 К). Некоторые коллоидные системы (золи и суспензии с асимметричными частицами, эмульсии и др.) и растворы ВМВ не подчиняются уравнениям Ньютона и Пуазейля. Их называют аномально вязкими или неньютоновскими (рис. 24.2, кривая 2). На участке АВ течение отсутствует вследствие упругого сопротивления образовавшейся в растворах ВМВ структуры и система ведет себя как твердое тело. Когда давление станет больше ре, структура разрушается и система начинает течь на участке ВС. Разрушение структуры прогрессирует, эффективная вязкость падает с ростом давления и в точке С достигает постоянного минимального значения, соответствующего наиболее полному разрушению структуры и оптимальной деформации ВМВ. По наклону линейного участка СО находят наименьшую пластическую вязкость исследуемой системы [c.224]

Вместо пружинки можно применять коромысло обыкновенных аналитических весов (рис. 104). Сообщаемое усилие р (нагрузка на чашку весов или опускание столика вниз в случае растяжения пружинки) вызывает смещение пластинки I, регистрируемое наблюдением положения крючка нити 7 в микроскоп 2 с окуляр-микрометром. Груз 3 уравновешивает чаЩку весов 4. Результаты опыта обычно выражают графически в координатах р—е и е — i это позволяет вычислить величины, характеризующие упруго-пластические свойства коллоидной системы. [c.257]

Периодические коллоидные системы (ПКС) — это системы, состоящие из микрообъектов, взаимодействующих на большом (по сравнению с размерами атомов) расстоянии. Многие естественные и искусственные полутвердые (или полужидкие ) гетерогенные системы представляют собой ПКС. Они обладают ценными во многих отношениях (или, наоборот, нежелательными в ряде случаев) упруго-пластично-вязкими свойствами большинство этих систем способно к тиксотропным превращениям. ПКС широко распространены в природе (глины, грунты, почвы), их используют в промышленности (керамическая масса, цементные пасты, битумы, консистентные смазки). В зависимости от величины приложенной нагрузки и времени ее действия ПКС способны вести себя, как упругие твердые тела или как легкотекучие жидкости, после снятия нагрузки прочность их самопроизвольно восстанавливается. [c.19]

Известно, что если в дисперсной системе распределение максимумов свободной энергии имеет регулярный характер, то монодисперсные коллоидные част1щы, находящиеся в минимумах и разделенные барьером отталкивания, могут образовывать периодические коллоидные структуры. Возможность сближения частиц в элементарных актах определяется высотой энергетических барьеров и глубиной потенциальных ям. Если глубина второго минимума (в данном случае со стороны большего давления, рис. 12.45) достаточно велика, то независимо от высоты барьера происходит дальнее взаимодействие (до 100 нм) двух частиц, фиксируемых на расстоянии, отвечающем второму минимуму. К этой паре могут присоединяться дру1 ие частицы с образованием тройников и более сложных ансамблей. При возрастании концентрации дисперсной фазы, например при увеличении глубины окисления битума, в таких случаях возможно превращение золя в полностью структурированную систему. Периодические коллоидные системы, являющиеся тиксотропными гелеобразными веществами, в зависимости от предложенной нагрузки способны вести себя либо как упругие тела, либо как легко текучие жидкости. Судя по данным, приведенным на рис. 12.43 и 12.44, таким свойством обладают пленки смол, асфальтенов и битумов разной степени окисления. [c.793]

Если в гидрофобных коллоидах, представляющих собой ионста-билизированные системы, основную роль играет электрический фактор устойчивости, то в гидрофильных коллоидных системах существенное влияние на стабильность оказывает гидратация частиц. Образование на поверхности частиц развитых гидратных слоев с особой структурой и свойствами является наряду с электростатическим фактором одной из причин появления расклинивающего давления, препятствующего слипанию частиц. Стабилизирующими свойствами обладают также гелеобразные адсорбционно-сольватные слои, которые из-за упругости и механической прочности препятствуют сближению частиц до расстояний эффективного действия межмолекулярных сил притяжения. В реальных коллоидных растворах, к которым относятся загрязненные высокодисперсными примесями природные и сточные воды, может одновременно проявляться действие различных факторов устойчивости, поскольку наряду с дисперсными загрязнениями часто присутствуют органические высокомолекулярные соединения и поверхностно-активные вещества, стабилизирующие коллоидные системы. [c.22]

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]

В 1940 г. нами было проведено обширное исследование-сорбционных свойств и коллоидной структуры ряда углей от длиннопламенпых до антрацита [48, 49]. Этой работой было установлено, что каменные угли являются своеобразными и сложными коллоидными системами, структуру которых можно уподобить твердым золям и упругим гелям в процессах их образования и постепенного старения. Было показано, что изучавшийся ряд углей представлял собой различные стадии коллоидного состояния вещества угля в их последовательном и закономерном изменении. [c.28]

В несколько особом положении находятся структурные агрегаты, имеющие только одну плоскость гексагональных колец ограниченных размеров с ирикреплеппыми к ней боковыми цепями. Примером такого агрегата можно назвать структурный комплекс ( паучок ) Касаточкина. Именовать его мицеллой затруднительно, но это также не молекула и не макромолекула. Тем не менее в общей массе такие паучки образуют типичную коллоидную структуру, ибо пока между ними нет жестких химических связей, система будет обладать упругими свойствами за счет изгибания боковых ценей она способна набухать за счет раздвижения этих паучков при постепенном распутывании или расирямлении боковых цепей под действием растворителя. Кроме того, возможна также более или менее полная дезагрегация на отдельные паучки . Соединение всей массы паучков допускает наличие пор меноду ними. Все это, конечно, требует экспериментального подтверждения, но тем не менее структура угля, образованная такого тина структурными агрегатами, как паучки , мон ет обладать свойствами коллоидной системы. [c.50]

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]

Показатели, полученные таким способом, довольно близко подходят к результатам химических опытов, произведенных при одинаковых условиях с целью определения степени удаления соли. В статье, посвященной этому вопросу (см. ссылку 87), удаление пятнообразующего вещества рассматривается как функция относительной упругости водяного пара в растворителе. При осущест-1влении таких опытов пользовались ванной, 4% объема которой составляло запатентованное моющее средство. Такой ванне в торговом мире присвоено название насыщенная система . Она содержит главным образом коллоидный раствор какого-либо моющего средства, растворенного в растворителе стоддард и, кроме того, небольщое количество воды в растворе. Она представляет собой не эмульсию, а прозрачный раствор, свободно проходящий через фильтр, не меняя своего химического состава. [c.92]

Полученные экспериментальные данные показали, что по-иерхностные силы неоднозначно влияют на упругие и вязкие свойства жидкости. Если первые, определяющие способность образца сохранять свою форму, монотонно убывают по мере увеличения зазора, то последние изменяются по параболическому закону и па них существенно сказывается коллоидно-химическое состояние жидкости. Это связано с высокой скоростью, что подтверждается начальными значениями динамической вязкости или модуля упругости уже на первых минутах опыта.В дальнейшем, на следующем эг 1пе, заполнение молекулами адсорбционного объема и формирование граничного слоя растягивается на несколько часов. Кинетику этого процесса можно охарактеризовать с помощью времени сгруктурообразования - периода формирования надмолекулярной структуры, по истечении которого система достигает равновесного состояния. [c.125]

В свободнодисперсных системах частицы дисперсной фазы не связаны мелсду собой и способны независимо перемещаться в дисперсионной среде. Такие бесструктурные системы проявляют способность к вязкому течению и качественно ведут себя как чистая дисперсионная среда (жидкость или газ). Сюда относятся разбавленные эмульсии и суспензии, коллоидные растворы (золи). В связнодисперсных системах частицы дисперсной фазы образуют непрерывные пространственные сетки (структуры) они теряют способность к поступательному движению, сохраняя лишь способность к колебательному движению. К ним относятся гели, студни, концентрированные суспензии (пасты) и эмульсии, а также пены и порошки. Такие системы проявляют некоторые свойства твердых тел — способны сохранять форму при небольших нагрузках, обладают прочностью, часто упруги. Однако вследствие малой прочности связей между отдельными элементами сетки такие системы легко разрушаются — обратимо (приобретая способность течь) и необратимо (проявляя хрупкость). Существует также ряд переходных систем, получивших название структурированные жидкости . В структурированных жидкостях частицы дисперсной фазы склонны к сильному взаимодействию, но концентрация их недостаточна для создания единой пространственной сетки. Эти системы способны течь, имеют малый модуль упрз гости, но течение их не подчиняется законам течения идеальных жидкостей, а период релаксации велик и приближается к значениям, характерным для твердых тел- [c.429]

Периодические коллоидные структуры — это пластичные или ква-зипластичные твердые тела с присущим для них характерным сочетанием прочности, упругости, пластичности и вязкости. Прочность системы зависит от энергии связи между частичками, которая обусловлена природой, размером и формой их, а также свойствами адсорбционных слоев. [c.20]

Ииую природу, как это отмечалось выше, может иметь модуло упругости коагуляционных коллоидных структур с твердой и жидкой фазами, преимущественно в тех случаях, когда такая структура развивается в системе при относител1)Но малом объемном содержании твердой фазы, при ее высокой дисперсности и, что особенно существенно, при резко выраженной анизометричности частиц. Таковы, например, гидрогели пятиокиси ванадия, структурированные коллоидные суспензии бентонитовых глин в воде. Щукиным и Ребиндером было показано, что для таких систем сдвиговая упругость (эластичность) может быть обусловлена возникающей в ходе деформирования системы большей или меньшей степенью соориентации частиц, т. е. уменьшением вероятности состояния системы и тем самым ее энтропии. При устранении нагрузки броуновское (вращательное) движение частиц восстанавливает их хаотическую ориентацию и вместе с тем форму тела. Подобно тому как это имеет место для давления газа или осмотического [c.325]

ГЕЛИ (от лат. зе1о - застываю), 1) в коллоидной химии Г.-дисперсные системы с жидкой дисперсионной средой, в к-рых частицы дисперсной фазы образуют пространств, структурную сетку. Представляют собой твердообразные ( студенистые ) тела, способные сохранять форму, обладающие упругостью (эластичностью) и пластичностью. Типичные Г. имеют коагуляционную структуру, т.е. частицы дисперсной фазы соединены в местах контакта силами межмол. взаимодействия непосредственно или через тонкую прослойку дисперсионной среды. Для них характерна тиксотропия, т.е. способность в изотермич. условиях самопроизвольно восстанавливать свою структуру после мех. разрушения. Такие Г. образуются, напр., при коагуляции золей (к о а гели), понижении т-ры или концентрировании мицеллярных р-ров мыл, выделении новой дисперсной фазы из пересыщ. р-ров (л и о гели). Г. могут возникать в виде рыхлых осадков либо образуют структурную сетку во всем объеме первоначально жидкой системы без нарушения ее макрооднородности. Г. с водной дисперсионной средой наз. гидрогелями, с углеводородной - о р г а н о-гелями. [c.513]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология