Е.Д. Щукин, А.В. Перцов, Е.А. Амелина - Коллоидная химия (другой скан) (1157043), страница 61
Текст из файла (страница 61)
Педерсен, Д. Крам 288 1 )К М. Лен, Нобелевская премия 1978 г.). Эта область науки изучает молекулы, образованные по принципу «хозяин — гость», в частности комплексы краун-эфиров и других «контейнерных молекул» с неорганическими ионами и органическими молекулами.
Вместе с тем к упрамолекулярным структурам относят объекты, образующиеся в результате процессов упорядоченной «самосборки» молекул, в том числе такие, как мицеллы ПАВ, везикулы (см. гл. ЧП1). рассмотрим кратко получение дисперсных систем путем диспергирования макрофаз. диспергирование твердых тел представляет собой один из наиболее распространенных и многотон наин ых процессов современной техники. В то же время это одно из самых крупномасштабных явлений природы, в значительной степени определяющее изменения строения земной поверхности и возможность возникновения жизни. Зти процессы обусловливают выветривание и эрозию земной коры, когда под действием существующих в земной коре напряжений и влаги происходит превращение массивных горных пород в тон кодисперсные системы, составляющие основу почвенного покрова Земли. В технике к процессам диспергирования относятся все процессы обработки твердых тел резанием и шлифованием; добыча и измельчение горных пород перед флотационным обогащением и переработкой; проходка шахт и тоннелей в скальных массивах, многотоннажные процессы измельчения зерна, цемента, угля, пигментов лаков и красок и др.
Процессы измельчения требуют огромных энергетических затрат. На них расходуется значительная доля всей вырабатываемой электроэнергии. По оценкам американских специалистов, общие затраты на процессы диспергирования в США составляют ежегодно более 70 млрд. долларов, Важное значение в технике имеет и эмульгирояание — диспергирование одной жидкости в лругой. Измельчание твердых тел производят в мельницах различных конструкций, действие которых основано на хрупком разрушении при ударе кусков измельчаемого материала о мелющие тела (например, стальные или фарфяровые шары) и стенки сосуда, ,в ром происходит измельчение; для получения порошка с высокой дисперсностью Высо измельчение иногда приходится производить в течение многих часов или даже е дней. ысокая скорость измельчения достигается в вибрационных мельницах, в которых барабан с измельченным материалом и мелющими телами совершает кол ебательные движения с частотой в несколько тысяч периодов в минуту.
Высокая чистота измельчаемого материала может быть достигнута применением струйных мельниц, в которых измельчение осуществляется при взаимных соударениях летящих с большой скоростью части и-- ц. п»я получения высокодисперсных систем используются так называемые коллоидные мельницы, измельчение в которых осуществляется в полях с высоким ситом м скорости, возникающих, например, в тонком зазоре мемспу быстро вращающимся конусом и неподюокной поверхностью; через этот зазор прокачивается дисперсная система. Сходные конструкции применяют и для повышения дисперсности (гомогеиизация) эмульсий, например молока.
За механи траты энергии при механическом диспергировании твердых тел определяю я ю» ° б «,. ° '.Х. тся 'жж.-м. Лен. Супрамолекулярная химия: концепции и перспективы. Н~~~- идся: Наука, 1998 См. кодаков Г.С. Физика измельчения. Мс Наука, 1972. 10» и1 289 рошо измельчаются хрупкие материалы, тогда как измельчение пластичных матерна. лов идет лишь с трудом. По степени измельчения (диспергирования) материала обыч. но различают дробление (грубое измельчение до частиц размером в несколько санти. метров или миллиметров), изиечьчелие (до десятков микрометров) и тонкое измгльче лис.
При дроблении обычно соблюдается эмпирическое правило Кирпичева — Кика, согласно которому работа измельчения И'„„пропорциональна о б ь е м у измельченного материала и При тонком измельчении обычно выполняется правило Ритгинге. ра — пропорцнональностьмеждурабогой измельченная и о в е р х н о от ь ю обра. зовавшегося порошка ДД В общем случае, по Ребиндеру, работа измельчения определяется соотношением глдвд )()! ОБЩИЕ ПРИЧИНЫ РАЗРУШЕНИЯ И ОТНОСИТЕЛЬНОЙ СТАБИЛЬНОСТИ ЛИОФОБНЫХ ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ В' = оьабч- йк, где а' — удельная работа измельчения, которая может на несколько порядков превосходить поверхностную энергию твердого тела и.
Вместе с тем для ряда материалов наблюдается пропорциональность величин о* и а. Важную роль в интенсификации процессов диспергирования и уменьшения энергетических затрат на зтн процессы играет введение различных по природе и механизму действия поверхностно-активных сред. Подобные среды способны, с одной стороны, облегчить измельчение за счет действия эффекта адсорбционного понижения прочности (эффект Ребиндера, см. 1Х.4), а с другой — предотвратить сцепление (агрегирование) образующихся при измельчении частиц (см. УЗ!). Например, для измельчения гндрофнльных материалов, широко используемых в строительстве, производстве керамических масс, катализаторов, сорбентов н носителей, в качестве жидкой дис перс ионной среды при помоле обычно применяют воду. Разумеется, ее использование определяется не только адсорбционной активностью по отношению к гидрофильным материалам и эффективностью воздействия на их прочность, но и легкодоступностью и дешевизной; последнее обстоятельство играет важную роль, если учесть масштабы указанных производств.
Однако сравнительно высокое)товерхностное натюкение воды (и - 73 мдж/м') вызывает появление больших капиллярных стягивающих сил (см. !эь! ) в процессе удаления ее после помола и вследствие этого агрегирование частиц на стадии сушки, так что может возникнуть необходимость дополнительной операции — дезагрегации у,ке измельченного материала. Введение в воду ПАВ снижает величину капиллярных стягивающих сил, предотвращает агрегирование частиц и позволяет провести процесс помола до его завершающей стадии в оптимальных условиях. Изучение роли жидких сред в интенсификации измельчения твердых тел составдяет одну нз задач физико-химической механики (см.
гл. 1Х). Столь:ке существенна роль ПАВ в эмулыированин и вспенивании шшкостей, процессах, используемых в технологии многих производств в пищевой, фармацевтической, химической промышленности. Высокодисперсные золн металлов и сплавов в самых различных дисперсионных средах могут быть получены методом электрораспьиения, промежуточным по своей физико-химической природе ме:аду днспергированнем и конденсацией. Наиболее эффективно осуществляется электрораспыление порошков в непроводящих средах с применением высокочастотных разрядов высокого напряжения. Зтот метод, разработанный Т.
Бредигом н Т. Сведбергом, позволяет получать разнообразные зели, например такие экзотические, как золи щелочных металлов в органических растворителях. Можно также получать золи со сложными по составу частицами дисперсной фазы в результате злектрораспьшения сплава заданного состава. Принципиальная термодинамическая неравновесность лиофобных дисперсных систем, связанная с наличием в них значительного избытка свободной поверхностной энергии, обусловливает протекание в них процессов, ведущих к изменению во времени их строения и разрушению.
Скорость процессов разрушения лиофобных дисперсных систем определяется природой, фазовым состоянием и составом дисперсной фазы и дисперсионной среды, а также дисперсностью и концентрацией дисперсной фазы. В лиофобной системе могут действовать различные факторы устойчивости как термодинамической (возникновение метастабильно-равновесных состояний), так и кинетической природы, замедляющие или практически полностью предотвращающие протекание процессов разрушения. В связи с этим устойчивость лиофобных дисперсных систем, т.
е. способность их сохранять неизменными или практически неизменными размер частиц дисперсной фазы и их распределение по объему дисперсионной среды, может изменяться в широких пределах от практически полной их неустойчивости (когда время существования дисперсных систем составляет секунды и доли секунд) до практически полной устойчивости (когда заметные изменения состояния систем наблюдаются лишь за геологические промежутки времени). Данная глава посвящена изложению теоретических представлений о природе, закономерностях и механизмах основных процессов, ~едущих к разрушению дисперсных систем, и общих факторах, определяющих скорость протекания этих процессов, а следовательно, и устойчивость дисперсных систем [7).
Приложение этих общих представлений к различным конкретным системам будет рассмотрено в следующей главе. 29! ЧП.1. Седиментационная и агрегативная устойчивость дисперсных систем. Роль теплового движения Под у с т о й ч и в о с т ь ю л и о ф о б н ы х термодинамически неравновесных дисперсных систем понимается их способность сопротивляться протеканию процессов, ведущих к изменению их строения, т. е. дисперсности, характера распределения частиц по размерам, а также в объеме дисперсионной среды. Н, П.
Песковым было предложено различать седиментационную и агрегативную устойчивость дисперсных систем. Седиыентационная устойчивость — это устойчивость системы против снижения потенциальной энергии частиц дисперсной фазы при их оседании под дейсгвием силы тяжести. Агрегалгивная устойчивость — это способность системы противостоять процессам, ведущим к уменьшению свободной энергии поверхностей раздела частиц дисперсной фазы с дисперсионной средой. Процессами разрушения дисперсных систем, приводящими к умен меньшению свободной поверхностной энергии служат изотермическая перегонка вещества от малых ч аст иц к более крупным, коалесценция (слияние частиц) и коагуляция (агрегирование частиц при их слипании) .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
