Cтраница 2
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. [16]
В химической технологии широко используется оствальдово созревание осадков, облегчающее их отделение фильтрацией и осаждением. Большую роль процессы изотермической перегонки играют в высококонцентрированных пенах и эмульсиях; при их высокой дисперсности изотермическая перегонка может служить основным механизмом их разрушения. [17]
В химической технологии широко используется оствальдово созревание осадков, облегчающее их отделение фильтрацией и осаждением. Большую роль процессы изотермической перегонки играют в высококонцентрированных пенах и эмульсиях, а при их высокой дисперсности изотермическая перегонка может служить основным механизмом их разрушения. [18]
Многие специфические свойства аэрозолей связаны с особенностями дисперсионной среды - воздуха, его низкой вязкостью и малой электрической проводимостью. Лиофобность аэрозолей и высокие коэффициенты диффузии газовой фазе обусловливают большую скорость процессов изотермической перегонки и коагуляции, следствием которых является нарушение агрегативнои устойчивости системы. Малая вязкость дисперсионной среды приводит к тому, что частицы быстро оседают, и аэрозольная система разрушается при значительно меньших размерах частиц или их агрегатов, чем лиозоли. В результате концентрация и дисперсность исходно высокодисперсных аэрозолей достаточно быстро падают. Размер частиц в большинстве аэрозолей оказывается в интервале 10 - 10 - 3 см: более крупные частицы быстро оседают, а мелкие исчезают вследствие коагуляции. [19]
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, и аэрозольная система разрушается при значительно меньших размерах частиц или их агрегатов, чем лиозоли. В результате концентрация и дисперсность исходно высокодисперсных аэрозолей достаточно быстро падают. Размер частиц в большинстве аэрозолей оказывается в интервале 10 - 5 - 10 - 3 см: более крупные частицы быстро оседают, а мелкие исчезают вследствие коагуляции. [20]
Эти дезагрегированные частицы находятся в состоянии частичного или условного термодинамического равновесия: для них термодинамически невыгодно агрегирование, но остается выгодной коалесценция или изотермическая перегонка с уменьшением дисперсности системы. Вместе с тем если из-за ничтожной растворимости вещества дисперсной фазы в дисперсионной среде процессы изотермической перегонки за реальные времена наблюдения не успевают происходить, то эта условная термодинамическая равновесность становится практически полной. [21]
Межфазное натяжение способствует переносу вещества. В термодинамически устойчивых ( лиофильных) системах, поверхностное натяжение которых минимально, процесс изотермической перегонки отсутствует. В таких системах должен соблюдаться нормальный закон распределения частиц по размерам. [22]
Процессы коалесценции наиболее характерны для концентрированных эмульсий, где они в основном определяют время существования эмульсий до расслоения фаз. В высокодисперсных ( разбавленных и концентрированных) эмульсиях с заметной скоростью может идти увеличение среднего размера капель вследствие протекания процессов изотермической перегонки. При одинаковой дисперсности изотермическая перегонка капель эмульсии идет значительно медленнее, чем пузырьков пены, из-за небольших значений межфазной энергии и, следовательно, малой разности химических потенциалов вещества в каплях разного размера, а также часто и из-за меньшей взаимной растворимости жидкостей по сравнению с растворимостью газов в жидкости. [23]
Процессы коалесценции наиболее характерны для концентрированных эмульсий, где они в основном определяют время существования эмульсий до расслое: ния фаз. В высокодисперсных ( разбавленных и концентрированных) эмульсиях с заметной скоростью может идти увеличение среднего размера капель вследствие протекания процессов изотермической перегонки. При одинаковой дисперсности изотермическая перегонка капель эмульсии идет значительно медленнее, чем пузырьков пены. Это связано с небольшими значениями межфазной энергии, а следовательно, с малой разностью химических потенциалов вещества в каплях разного размера, а также с ме) аыпей взаимной растворимостью жидкостей по сравнению с растворимостью газов. [24]
Для дисперсных систем, в которых процессы коагуляции и ко-алесценщш идут с очень малыми скоростями, и при значительной растворимости вещества дисперсной фазы в дисперсионной среде, падение дисперсности может быть обусловлено диффузионным переносом вещества дисперсной фазы от малых частиц к более крупным. Эти широко распространенные в природе процессы 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. Это обусловлено одинаковым характером движущих сил процессов и механизмов их протекания - диффузионного переноса вещества дисперсной фазы под действием градиентов химических потенциалов, связанных с различием кривизны поверхности частиц разного размера. [25]
В этом отношении интересны гидрозоли оксида кремния, которые при рН7 5 термодинамически устойчивы к коагуляции. Вместе с тем в них происходит, хотя и очень медленно, процесс изотермической перегонки. [26]
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 D, в свою очередь, существенно зависит от фазового состояния дисперсионной среды ( 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 коэффициента 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. [27]
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 D, в свою очередь, существенно зависит от фазового состояния дисперсионной среды ( 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 обусловлено пониженной проницаемостью таких слоев для молекул дисперсной фазы из-за низкого коэффициента диффузии в слое и малой растворимости в нем вещества. Снижение скорости роста частиц при изотермической перегонке может достигаться также вследствие снижения поверхностного натяжения, а 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. [28]
Еще одним примером укрупнения частиц дисперсной фазы за счет процесса переконденсации, выражающегося в перетоке веще - ( / ства от меньших частиц к большим, является так называемая изо - J3 термическая перегонка [128] в аэрозолях - искусственных и естест - t венных туманах и облаках. Этому процессу обычно не придают большого значения [129-131], так как перенос пара между капельками разных размеров осуществляется очень медленно. Интенсивность этого процесса значительно превышает интенсивность изотермической перегонки. Однако процесс изотермической перегонки, несомненно, играет определенную роль при формировании и развитии облаков и туманов, особенно на ранней стадии, когда размер капелек находится в области коллоидной дисперсности. [29]
Существенным фактором является растворимость. Если вещество дисперсной фазы имеет большую растворимость 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 ме-таллов. Переносу вещества способствует межфазное натяжение, Наоборот, в термодинамически устойчивых ( лиофильных) систе-мах, поверхностное натяжение которых минимально, процесс изотермической перегонки отсутствует. В таких системах должен соблюдаться нормальный закон распределения частиц по размерам. [30]