Основные сведения о дисперсных системах

   Прежде чем перейти непосредственно к классификации и описанию типов упаковок сыпучих тел, обратимся к важнейшим понятиям коллоидной химии, относящимся к системам частиц, а именно, дисперсным системам.

 Дисперсная система – гетерогенная, довольно часто много-компонентная система, состоящая из дисперсной фазы и дисперсионной среды. Дисперсную фазу образуют дисперсные частицы. Дисперсионная среда представляет сплошную (непрерывную) фазу, в которой распределены частицы дисперсной фазы. Для дисперсных систем характерны два общих признака: гетерогенность и дисперсность.

 Гетерогенность – свойство неоднородности, обусловленной наличием поверхностей раздела фаз.

   Поперечный размер частицы (а) – диаметр (d) для сферических частиц, длина ребра (l) для кубических частиц.

     Дисперсность (D) – величина, обратная поперечному размеру частицы:


(1)


     Дисперсность характеризуется удельной поверхностью (Sуд):

 

(2)


где So – общая поверхность частиц дисперсной фазы, Vд.ф. – объем дисперсной фазы.

    Для систем с кубическими частицами с длиной ребра l:

 

(3)


    Для систем со сферическими частицами с радиусом r (диаметром d):

 

(4)


   Если удельную поверхность отнести к массе дисперсной фазы (mд.ф.), то учитывается плотность вещества. Для сферических частиц с учетом плотности частиц:

 

(5)


    В общем случае:

 

(6)


где k – коэффициент, зависящий от формы частицы.

 Таким образом, удельная поверхность прямо пропорциональна дисперсности, и обратно пропорциональна поперечному размеру частицы.

  Объемная концентрация дисперсной фазы (доли единицы или %) в системе рассчитывается по формуле:

 

(7)


где Vд.с. – общий объем дисперсной системы.

   Массовая концентрация дисперсной фазы в системе рассчитывается по формуле:

 

(8)


    Численная концентрация частиц дисперсной фазы:

 

(9)


где Nчастиц – количество частиц дисперсной фазы.

   Число сферических частиц в 1 м³ дисперсной системы равно отношению объема (1 м³) системы к объему одной сферической частицы:

 

(10)


   Число сферических частиц в 1 кг дисперсной системы равно отношению массы (1 кг) к массе одной частицы. Масса одной сферической частицы золя (высокодисперсной коллоидной системы) равна произведению объема сферы на плотность вещества (ρ, кг/м³):

(11)


    Тогда, число частиц в 1 кг золя для сферических частиц:

 

(12)


    Рассмотрим основные классификации дисперсных систем [1].

 В таблице 1 представлена классификация дисперсных систем по размеру частиц дисперсной фазы.

Таблица 1 – Классификация дисперсных систем по размеру частиц дисперсной фазы

 В таблице 2 представлена классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию дисперсной фазы и дисперсионной среды.

Таблица 2 – Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию дисперсной фазы и дисперсионной среды

   В таблице 3 представлена классификация дисперсных систем по степени взаимодействия дисперсной фазы с дисперсионной средой (по межфазному взаимодействию).

Таблица 3 – Классификация дисперсных систем по межфазному взаимодействию

   В таблице 4 представлена классификация дисперсных систем по наличию взаимодействия между частицами дисперсной фазы.

Таблица 4 – Классификация дисперсных систем по наличию взаимодействия между частицами дисперсной фазы

   Рассматривая типы упаковок дискретных сред, мы будем оперировать геометрическими характеристиками частиц, не учитывая каких-либо форм химического взаимодействия частиц. Таким образом, далее рассматриваются модельные двухфазные свободнодисперсные системы с твердой дисперсной фазой и газообразной дисперсионной средой, иными словами твердые частицы системы, распределенные в воздушном пространстве, не взаимодействуют между собой. Применение подобных моделей упаковок актуально в технологии композиционных материалов, где аэрозоли с твердой дисперсной фазой являются материалом для производства композиционных сырьевых смесей. К таким дисперсным системам относятся заполнители, наполнители, вяжущие вещества и другие материалы в свободнодисперсном (сухом) состоянии до начала проявления химического взаимодействия (например, процессов гидратации цемента в бетонной смеси). В свою очередь исследование закономерностей формирования упаковок таких дисперсных систем раскрывает возможность прогнозирования свойств композиционного материала на основании морфологических (форма частиц) и размерных (гранулометрия или статистическое распределение частиц по размерам) параметров частиц исходных компонентов сырьевой смеси.

Библиографические ссылки:

[1]  Михеева, Е.В. Поверхностные явления и дисперсные системы. Коллоидная химия. Сборник примеров и задач / Е.В. Михеева, Н.П. Пикула, С.Н. Карбаинова // учебное пособие для студентов ХТФ, ФТФ, ЭЭФ, ИГНД и ИДО. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 116 с.

При копировании материалов ссылка на сайт www.sunspire.ru обязательна. Также, вы можете использовать библиографическую ссылку на учебное пособие:

 

"Белов, В.В. Компьютерная реализация решения научно-технических и образовательных задач: учебное пособие / В.В. Белов, И.В. Образцов, В.К. Иванов, Е.Н. Коноплев // Тверь: ТвГТУ, 2015. 108 с."

Официальная группа ВК:

Сайты-партнеры:

Центр научно-образовательных электронных ресурсов Тверского государственного технического университета:

http://cdokp.tstu.tver.ru

 

Официальный сайт Тверского государственного технического университета:

http://www.tstu.tver.ru

Русскоязычный форум по языку программирования Dark Basic Professional:

http://area.mediahouse.ru/

Открытия, Изобретения, Новые технические разработки:

http://www.belashov.info

Электронный магазин 3D моделей CGTrader:

http://www.cgtrader.com

Рейтинг@Mail.ru
Яндекс.Метрика
Топ Разработка игр
Bourabai Research - Технологии XXI века