Свойства разбавленных суспензий

Отсутствие структуры в разбавленных суспензиях и наличие ее в концентрированных обусловливает резкое различие в свойствах этих систем. Остановимся на рассмотрении свойств разбавленных суспензий.

Мы уже отмечали, что количественно разбавленные суспензии отличаются от лиозолей размерами частиц дисперсной фазы:

dcycп – 10 ⁵ 10 ² см,

dзолей – 10 ⁷ 10 ⁵ см.

К каким же качественным изменениям в свойствах это приводит? Попытаемся в этом разобраться.

ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА РАЗБАВЛЕННЫХ СУСПЕНЗИЙ

Длины волн видимой части спектра лежат в пределах от 4•10 ⁵ см (фиолетовый свет) до 7•10 ⁵ см (красный свет). Световая волна, проходя через суспензию, может поглощаться (тогда суспензия окрашена), отражаться от поверхности частиц дисперсной фазы по законам геометрической оптики (тогда суспензия выглядит как мутная) и только в высокодисперсных суспензиях – мутях (5•10 ⁵) может наблюдаться светорассеяние, отклоняющееся от закона Рэлея .

В оптический микроскоп видны частицы, размер которых не менее 5•10 ⁵ см, что соответствует большинству разбавленных суспензий.

ЭЛЕКТРОКИНЕТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

ВОДНЫХ СУСПЕНЗИЙ

Электрокинетические свойства суспензий подобны аналогичным свойствам гидрозолей и обусловлены образованием на поверхности частиц дисперсной фазы двойного электрического слоя и возникновением электрокинетического потенциала. Величина дзета – потенциала в суспензиях такого же порядка, что и в золях: суспензия кварца – – 44 мВ, суспензия глины – – 49 мВ, суспензия плавленого корунда (А1₂0₃) – – 20,5 мВ, золь сернистого мышьяка – – 90 мВ, золь гидроксида железа (III) – +52 мВ.

Измерить величину дзета – потенциала в суспензиях можно электроосмотическим способом, наблюдая за объемной скоростью передвижения жидкой дисперсионной среды через неподвижную диафрагму, приготовленную из порошка, получившегося в результате седиментации данной суспензии (обычно такую диафрагму получают центрифугированием суспензии).

Использование для определения дзета – потенциала частиц в суспензии электрофореза, как принято в случае лиозолей, затруднено тем, что крупные частицы суспензий будут не столько передвигаться к электроду, сколько оседать под действием силы тяжести.

Однако в суспензиях проявляются все четыре вида электрокинетических явлений, наблюдаемых в лиофобных золях: электрофорез, электроосмос, потенциал течения, потенциал седиментации.

Более того, явление электрофореза было впервые описано профессором Московского университета в 1809 году Рейссом именно на примере суспензии глины, а явление электроосмоса — на примере суспензии кварца, которой являлась диафрагма из кварцевого песка.

Одна из важнейших областей применения электрокинетических явлений – нанесение покрытий на различные поверхности электрофоретическим методом. Данный метод, обеспечивающий высокую кроющую способность, позволяет получать равномерные покрытия на деталях сложной конфигурации. При электрофоретическом методе нанесения покрытий одним из электродов служит деталь, на которой формируется покрытие, другим – емкость с суспензией,

Светорассеяние, по закону Рэлея, наблюдается для сферических, не поглощающих свет, непроводящих частиц, для которых выполняется неравенство: < 0,3, т. е. r < (2 – 4) •10 ⁶см.

дисперсная фаза, которой наносится на поверхность детали. После того как на электроде сформируется покрытие, как правило, возникает электроосмос, в результате которого жидкость выходит из слоя покрытия и оно становится более плотным.

В нашей стране успешно эксплуатируются автоматические линии грунтовки кузовов автомобилей электрофоретическим методом.

МОЛЕКУЛЯРНО–КИНЕТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

РАЗБАВЛЕННЫХ СУСПЕНЗИЙ

Размеры частиц в суспензиях охватывают довольно большой интервал: от 10 ⁵ см до 10 ² см и более. Поэтому молекулярно – кинетические свойства суспензий различны и определяются степенью их дисперсности.

Для суспензий, размеры частиц в которых 10 ⁵ – 10 ⁴ см, наблюдается установление диффузионно – седиментационного равновесия, которое описывается гипсометрическим законом Лапласа – Перрена (см. раздел 10.1):

где А = , – плотность частицы; – плотность дисперсионной среды;

g – ускорение свободного падения; – концентрация частиц у дна сосуда, когда

h = 0; – концентрация частиц на высоте h от дна сосуда; V – объем частицы, для сферических частиц радиуса .

На этих суспензиях сильно сказываются конвекционные тепловые потоки, которые препятствуют оседанию и установлению равновесия.

В суспензиях, размеры частиц которых лежат в пределах от 10 ⁴ см до 10 ² см, броуновское движение практически отсутствует, в них наблюдается быстрая седиментация, скорость которой ( _сед) определяется уравнением:

_сед= ,

где – вязкость среды.

Если измерить _сед, то можно определить радиус частицы (r):

r= .

Этот подход лежит в основе седиментационного анализа суспензий и порошков. Подробное описание седиментационного анализа дано ниже.