Acasă Nutriție Metode mecanice de producere a sistemelor dispersate. Pregătirea sistemelor dispersate. Prepararea solurilor prin metoda de înlocuire a solventului

Nutriție

Metode mecanice de producere a sistemelor dispersate. Pregătirea sistemelor dispersate. Prepararea solurilor prin metoda de înlocuire a solventului

9. Determinați modificarea potențialului izobaric-izoterm al reacției N 2 (g) + 2H 2 O (l) = NH 4 NO 2 (l) și dați o concluzie despre direcția curgerii sale în condiții standard, dacă pentru H 2 O (l) este egal cu – 237,4 kJ/ mol, iar pentru NH 4 NO 2 (l) este egal cu – 115,8 kJ/mol.

Modificarea potențialului izobar-izoterm este mai mică de 0, prin urmare, procesul poate decurge spontan în direcția unei reacții directe.

14. Determinați molecularitatea și ordinea unei reacții chimice folosind exemple specifice.

Molecularitatea unei reacții este determinată de numărul minim de molecule care participă simultan la actul elementar al unei reacții date. Molecularitatea și ordinea reacției sunt numeric aceleași numai pentru cele mai simple reacții. Pentru procesele complexe, aceste caracteristici de reacție vor fi diferite (ordinea reacției este mai mică decât molecularitatea acesteia). În consecință, conceptul formal al ordinii unei reacții în majoritatea cazurilor nu reflectă mecanismul său complex, adică. prezenţa mai multor reacţii (etape) elementare intermediare. Cu toate acestea, cunoașterea ordinii experimentale a reacției face posibilă aprecierea mecanismului propus prin compararea valorilor calculate și observate experimental ale lui n. Când ordinea unei reacții găsită experimental nu corespunde cu numărul de moli de reactivi care participă la reacție, aceasta indică faptul că reacția nu este un proces elementar, ci se desfășoară printr-un mecanism complex. Pentru un mecanism complex, viteza reacției generale este determinată de viteza celei mai lente etape a procesului în mai multe etape. Astfel, dacă o reacție se desfășoară într-o etapă, atunci ordinea ei este egală cu molecularitatea; dacă o reacție se desfășoară în mai multe etape, atunci ordinea fiecărei etape a reacției este egală cu molecularitatea doar a acestei etape. Prin urmare, determinarea experimentală a ordinii unei reacții poate servi ca metodă pentru studierea mecanismului acesteia.

Dacă este necesară o singură particulă (moleculă) pentru a efectua un act elementar, atunci o astfel de reacție se numește monomoleculară.

Pentru un proces elementar cu participarea simultană a două particule, reacția va fi numită bimoleculară etc.

De exemplu:

Reacția este monomoleculară, ordinea de reacție este 1/3.

C (t) + H2O (g) CO (g) + H2 (g)

Reacția este bimoleculară, ordinea reacției este 2/2= 1.

Reacția este trimoleculară, ordinea reacției este 2/3 (din trei molecule de substanțe care reacţionează se obţin două molecule din produsul de reacţie).

29. Modificarea energiei libere care însoțește o reacție chimică, legătura acesteia cu constanta de echilibru. Calculul efectului termic al reacției.

Modificarea energiei libere Gibbs, sau modificarea potențialului izobar-izotermic, este partea maximă a energiei sistemului care, în condiții date, poate fi transformată în muncă utilă. Când reacția are loc spontan.

În conformitate cu legea acțiunii în masă pentru o reacție arbitrară

a A + b B = c C + d D (1)

Ecuația vitezei pentru reacția directă poate fi scrisă:

, (2)

și pentru viteza de reacție inversă

. (3)

Pe măsură ce reacția (1.33) decurge de la stânga la dreapta, concentrațiile substanțelor A și B vor scădea și viteza reacției directe va scădea. Pe de altă parte, pe măsură ce produsele de reacție C și D se acumulează, viteza reacției de la dreapta la stânga va crește. Vine un moment în care vitezele υ 1 și υ 2 devin aceleași, concentrațiile tuturor substanțelor rămân neschimbate, prin urmare,

Unde K c = k 1 / k 2 = .

Valoarea constantă Kc, egală cu raportul constantelor de viteză ale reacțiilor directe și inverse, descrie cantitativ starea de echilibru prin concentrațiile de echilibru ale substanțelor inițiale și produsele interacțiunii lor (în măsura coeficienților lor stoichiometrici) și se numeste constanta de echilibru. Constanta de echilibru este constantă numai pentru o temperatură dată, adică. K c = f (T). Constanta de echilibru a unei reacții chimice este de obicei exprimată ca un raport, al cărui numărător este produsul concentrațiilor molare de echilibru ale produselor de reacție, iar numitorul este produsul concentrațiilor substanțelor inițiale.

Dacă componentele de reacție sunt un amestec de gaze ideale, atunci constanta de echilibru (K p) este exprimată în termenii presiunilor parțiale ale componentelor:

K p = . (5)

Din ecuația (6) rezultă că K p = K c cu condiția ca reacția să decurgă fără modificarea numărului de moli în faza gazoasă, adică. când (c + d) = (a + b).

Dacă reacția (1) are loc spontan la constante P și T sau V și T, atunci valorile lui G și această reacție pot fi obținute din ecuația:

unde Р А, Р В, Р С, Р D sunt presiunile parțiale ale substanțelor inițiale și ale produselor de reacție.

Ecuația (7) se numește ecuații izoterme ale reacției chimice Van't Hoff. Această relație face posibilă calcularea valorilor G și F ale reacției și determinarea direcției acesteia la diferite concentrații ale substanțelor inițiale.

Trebuie remarcat faptul că atât pentru sistemele de gaze, cât și pentru soluții, atunci când solidele participă la reacție (adică pentru sisteme eterogene), concentrația fazei solide nu este inclusă în expresia pentru constanta de echilibru, deoarece această concentrație este aproape constantă. Da, pentru reacție

2 CO (g) = CO 2 (g) + C (t)

constanta de echilibru se scrie ca

Dependența constantei de echilibru de temperatură (pentru temperatura T 2 în raport cu temperatura T 1) este exprimată prin următoarea ecuație van't Hoff:

, (8)

undeН 0 – efectul termic al reacţiei.

34. Osmoza, presiunea osmotica. Ecuația Van't Hoff și coeficientul osmotic.

Osmoza este mișcarea spontană a moleculelor de solvent printr-o membrană semipermeabilă care separă soluțiile de diferite concentrații, de la o soluție de concentrație mai mică la o soluție de concentrație mai mare, ceea ce duce la diluarea acesteia din urmă. O peliculă de celofan este adesea folosită ca membrană semi-permeabilă, prin găurile mici prin care doar moleculele de solvent de volum mic pot trece selectiv și sunt reținute molecule sau ioni mari sau solvați - pentru substanțele cu molecul mare și o peliculă de ferocianura de cupru. pentru substanțele cu molecul scăzut. Procesul de transfer al solventului (osmoza) poate fi prevenit dacă se aplică o presiune hidrostatică externă unei soluții cu o concentrație mai mare (în condiții de echilibru aceasta va fi așa-numita presiune osmotică, notată cu litera ). Pentru a calcula valoarea lui  în soluții de neelectroliți, se utilizează ecuația empirică Van't Hoff:

= C R T,

unde C este concentrația molală a substanței, mol/kg;

R – constanta universală a gazului, J/mol K.

Mărimea presiunii osmotice este proporțională cu numărul de molecule (în general, numărul de particule) ale uneia sau mai multor substanțe dizolvate într-un anumit volum de soluție și nu depinde de natura acestora și de natura solventului. În soluțiile de electroliți puternici sau slabi, numărul total de particule individuale crește din cauza disocierii moleculelor, prin urmare, în ecuația de calcul al presiunii osmotice trebuie introdus un coeficient de proporționalitate adecvat, numit coeficient izotonic.

i C R T,

unde i este coeficientul izotonic, calculat ca raportul dintre suma numărului de ioni și molecule de electrolit nedisociate și numărul inițial de molecule ale acestei substanțe.

Deci, dacă gradul de disociere a electrolitului, i.e. raportul dintre numărul de molecule dezintegrate în ioni și numărul total de molecule ale substanței dizolvate este egal cu  și molecula de electrolit se dezintegrează în n ioni, apoi coeficientul izotonic se calculează după cum urmează:

i = 1 + (n – 1) · ,(i > 1).

Pentru electroliții puternici, putem lua  = 1, apoi i = n, iar coeficientul i (de asemenea, mai mare decât 1) se numește coeficient osmotic.

Fenomenul de osmoză este de mare importanță pentru organismele vegetale și animale, deoarece membranele celulelor lor în raport cu soluțiile multor substanțe au proprietățile unei membrane semi-permeabile. În apa pură, celula se umflă foarte mult, în unele cazuri până la ruperea membranei, iar în soluții cu o concentrație mare de săruri, dimpotrivă, scade în dimensiune și se încrețește din cauza pierderii mari de apă. Prin urmare, la conservarea alimentelor li se adaugă cantități mari de sare sau zahăr. Celulele microbiene în astfel de condiții pierd o cantitate semnificativă de apă și mor.

Presiunea osmotică asigură mișcarea apei în plante datorită diferenței de presiune osmotică dintre seva celulară a rădăcinilor plantelor (5-20 bar) și soluția de sol, care se diluează în continuare în timpul irigației. Presiunea osmotică face ca apa să se ridice în plantă de la rădăcini până în vârf. Astfel, celulele frunzelor, pierzând apa, o absorb osmotic din celulele stem, iar acestea din urma o preiau din celulele radiculare.

49. Calculați fem-ul unei celule galvanice cupru-zinc în care concentrația ionilor de Cu 2 + este egal cu 0,001 mol/l, iar ioniZn 2+ 0,1 mol/l. Când faceți calcule, luați în considerare valorile EMF standard:

ε o (Zn 2+ /Zn 0) = – 0,74 V și ε o (Cu 2 + /Cu 0) = + 0,34 V.

Pentru a calcula valoarea EMF, se folosește ecuația Nernst

54. Metode de obținere a sistemelor dispersate, clasificarea acestora și caracteristicile pe scurt. Care metodă de obținere a sistemelor dispersate este cea mai benefică din punct de vedere termodinamic?

Metoda de dispersie. Constă în zdrobirea mecanică a solidelor la o anumită dispersie; dispersie prin vibrații ultrasonice; dispersie electrică sub influența curentului alternativ și continuu. Pentru obținerea sistemelor dispersate prin metoda dispersiei se folosesc pe scară largă dispozitive mecanice: concasoare, mori, mortare, role, râșnițe de vopsea, scuturatoare. Lichidele sunt atomizate și pulverizate folosind duze, râșnițe, discuri rotative și centrifuge. Dispersia gazelor se realizează în principal prin barbotarea lor printr-un lichid. În polimerii spumă, betonul spumos și gipsul spumos, gazele sunt produse folosind substanțe care eliberează gaz la temperaturi ridicate sau în reacții chimice.

În ciuda utilizării pe scară largă a metodelor de dispersie, acestea nu pot fi utilizate pentru a obține sisteme de dispersie cu o dimensiune a particulelor de -100 nm. Astfel de sisteme sunt obținute prin metode de condensare.

Metodele de condensare se bazează pe procesul de formare a unei faze dispersate din substanțe în stare moleculară sau ionică. O cerință necesară pentru această metodă este crearea unei soluții suprasaturate din care să se obțină un sistem coloidal. Acest lucru poate fi realizat în anumite condiții fizice sau chimice.

Metode fizice de condensare:

1) răcirea vaporilor de lichide sau solide în timpul expansiunii adiabatice sau amestecarea acestora cu un volum mare de aer;

2) îndepărtarea treptată (evaporarea) a solventului din soluție sau înlocuirea acestuia cu un alt solvent în care substanța dispersată este mai puțin solubilă.

Astfel, condensarea fizică se referă la condensarea vaporilor de apă pe suprafața particulelor solide sau lichide din aer, ionilor sau moleculelor încărcate (ceață, smog).

Înlocuirea solventului are ca rezultat formarea unui sol atunci când se adaugă un alt lichid la soluția originală, care se amestecă bine cu solventul original, dar este un solvent slab pentru solut.

Metodele de condensare chimică se bazează pe efectuarea diferitelor reacții, în urma cărora o substanță nedizolvată este precipitată dintr-o soluție suprasaturată.

Condensarea chimică se poate baza nu numai pe reacții de schimb, ci și pe reacții redox, hidroliză etc.

Sistemele dispersate pot fi obținute și prin peptizare, care constă în transformarea sedimentelor, ale căror particule au deja dimensiuni coloidale, într-o „soluție” coloidală. Se disting următoarele tipuri de peptizare: peptizare prin spălarea sedimentului; peptizare cu surfactanți; peptizare chimică.

De exemplu, un precipitat de hidroxid de fier proaspăt preparat și spălat rapid se transformă într-o soluție coloidală roșu-maro prin adăugarea unei cantități mici de soluție de FeCl 3 (peptizare prin adsorbție) sau HCl (dizolvare).

Mecanismul de formare a particulelor coloidale folosind metoda de peptizare a fost studiat destul de complet: interacțiunea chimică a particulelor de pe suprafață are loc după următoarea schemă:

Următoarea unitate adsorb ioni Fe +3 sau FeO +, cei ulterioare se formează ca urmare a hidrolizei FeCl 3 iar miezul micelului primește o sarcină pozitivă. Formula micelului poate fi scrisă astfel:

Din punct de vedere termodinamic, cea mai avantajoasă metodă este dispersia.

1) Coeficientul de difuzie pentru o particulă sferică este calculat folosind ecuația Einstein:

unde N А este numărul lui Avogadro, 6 10 23 molecule/mol;

h – vâscozitatea mediului de dispersie, N s/m 2 (Pa s);

r – raza particulei, m;

R – constanta universală a gazului, 8,314 J/mol K;

T – temperatura absolută, K;

numărul 3.14.

2) Deplasarea pătratică medie:

  ·D·

unde   deplasarea pătrată medie (valoarea medie a deplasării) a unei particule dispersate, m 2 ;

timpul în care particula este deplasată (durata difuziei), s;

D  coeficientul de difuzie, m 2. s -1 .

  ·D·=2*12,24*10 -10 *5=12,24*10 -9 m 2

Răspuns:    12,24*10 -9 m 2 .

74. Surfactanți. Descrieți cauzele și mecanismul de manifestare a activității lor de suprafață.

La concentrații scăzute, agenții tensioactivi formează soluții adevărate, de exemplu. particulele sunt dispersate și sunt reduse la molecule individuale (sau ioni). Pe măsură ce concentrația crește, apar miceliile. în soluții apoase, părțile organice ale moleculelor din micelii sunt combinate într-un miez de hidrocarbură lichidă, iar grupările polare hidratate sunt în apă, în timp ce suprafața totală de contact a părților hidrofobe ale moleculelor cu apa este puternic. redus. Datorită hidrofilității grupurilor polare din jurul micelului, tensiunea de suprafață (interfacială) la interfața miez-apă este redusă la valori care asigură stabilitatea termodinamică a unor astfel de agregate în comparație cu o soluție moleculară și macrofaza surfactantului.

La concentrații micelare scăzute se formează micelii sferici (micelii Hartley) cu un miez apolar lichid.

Activitatea de suprafață este legată de compoziția chimică a substanței. De regulă, crește odată cu scăderea polarității surfactantului (pentru soluții apoase).

Potrivit Langmuir, în timpul adsorbției, gruparea polară, care are o mare afinitate pentru faza polară, este atrasă în apă, iar radicalul nepolar de hidrocarbură este împins în afară. scăderea rezultată a energiei Gibbs limitează dimensiunea stratului de suprafață la o grosime de moleculă. în acest caz, se formează un așa-numit strat monomolecular.

În funcție de structură, moleculele de surfactant sunt împărțite în neionice, construite pe bază de esteri, inclusiv grupări etoxi, și ionice, pe bază de acizi și baze organice.

Surfactanții ionici se disociază în soluție pentru a forma ioni activi la suprafață, de exemplu:

Dacă în timpul disocierii se formează anioni activi de suprafață, surfactanții sunt numiți anionici (săruri ale acizilor grași, săpunuri). Dacă în timpul disocierii se formează cationi tensioactivi, surfactanții sunt numiți cationici (săruri ale aminelor primare, secundare și terțiare).

Există agenți tensioactivi care, în funcție de pH-ul soluției, pot fi fie cationici, fie aninoactivi (proteine, aminoacizi).

Particularitatea moleculelor de surfactant este că au activitate de suprafață mare față de apă, ceea ce reflectă dependența puternică a tensiunii superficiale a unei soluții apoase de surfactant de concentrația acesteia.

La concentrații scăzute de surfactant, adsorbția este proporțională cu concentrația.

Activitatea de suprafață este legată de compoziția chimică a substanței. De regulă, crește odată cu scăderea polarității surfactantului (pentru soluții apoase). De exemplu, pentru acizii carboxilici valoarea activității este mai mare decât pentru sărurile acestora.

La studierea seriei omoloage, a fost descoperită o dependență clară a activității de lungimea radicalului de hidrocarbură.

Pe baza unei cantități mari de material experimental la sfârșitul secolului al XIX-lea, Duclos și Traube au formulat o regulă: activitatea de suprafață într-o serie de omologi crește de 3-3,5 ori cu o creștere a lanțului de hidrocarburi cu o grupă CH2.

Pe măsură ce concentrația crește, adsorbția pe suprafața lichidului crește mai întâi brusc și apoi se apropie de o anumită limită, numită adsorbție limitativă.

Pe baza acestui fapt și a unui număr mare de studii, Langmuir a prezentat ideea orientării moleculelor în stratul de suprafață. Potrivit Langmuir, în timpul adsorbției, o grupare polară, care are o mare afinitate pentru faza polară - apa, este atrasă în apă, iar radicalul nepolar de hidrocarbură este împins în afară. Scăderea rezultată a energiei Gibbs limitează dimensiunea stratului de suprafață la o grosime de moleculă. În acest caz, se formează un așa-numit strat monomolecular.

Filmele monomoleculare de la suprafața apei pot exista în trei stări: gazoasă, lichidă și solidă. Filmele de suprafață lichide și solide sunt numite și filme condensate.

Dacă forțele care acționează între moleculele din film sunt relativ mici, atunci moleculele de surfactant sunt distribuite liber pe suprafața apei, îndepărtându-se una de cealaltă cât mai mult posibil, ceea ce determină presiunea de suprafață care acționează în direcția opusă suprafeței. tensiune, un astfel de film poate fi considerat un gaz bidimensional, deoarece moleculele Acest gaz nu se poate desprinde de la suprafața apei și se poate mișca doar în două dimensiuni. Substanțele care formează pelicule gazoase bidimensionale pe apă includ, de exemplu, acizi grași cu un număr de atomi de hidrocarburi de la 12 la 20-22, alcooli alifatici și amine cu o greutate moleculară nu foarte mare.

Dacă forțele tangențiale dintre radicalii de hidrocarburi ai moleculelor de surfactant din filmul de suprafață sunt mari, atunci moleculele se lipesc împreună, formând „insule” mari condensate în care mișcarea termică a moleculelor este împiedicată. În astfel de „insule” moleculele sunt de obicei orientate paralel între ele și perpendicular pe suprafața apei. Trebuie remarcat însă că, de exemplu, odată cu creșterea temperaturii, filmele condensate se pot transforma în gaze.

Filmele condensate sunt de obicei lichide, iar moleculele din ele se mișcă destul de liber. dacă forțele de interacțiune dintre radicali sunt atât de puternice încât moleculele nu se pot mișca, atunci filmele condensate pot fi considerate solide. Astfel de filme formează acizi carboxilici cu un număr de atomi de carbon care depășește 20-24.

Prezența proprietăților în stare solidă în filmele de suprafață poate fi verificată prin pulverizarea de pulbere pe suprafață. Dacă filmul este solid, atunci când este suflat cu atenție, pulberea rămâne nemișcată; dacă filmul este lichid, pulberea se deplasează pe suprafață.

Trebuie remarcat faptul că, pe lângă filmele gazoase și condensate, există și așa-numitele filme întinse care ocupă o poziție intermediară.

Astfel de filme se pot forma din cele condensate odată cu creșterea temperaturii. Se crede că în filmele întinse, radicalii de hidrocarburi ai moleculelor de surfactant nu sunt orientați în paralel, ci se împletesc unul cu celălalt, așezându-se „plat” pe apă, ceea ce împiedică răspândirea nelimitată a filmului, în timp ce grupurile polare se mișcă relativ liber în stratul de suprafață.

Capacitatea substanțelor de a forma anumite pelicule pentru agenții tensioactivi ionici depinde de pH-ul soluției. Acizii grași mai mari în soluții acide și neutre (adică cu grupuri practic nedisociate) la o anumită temperatură dau pelicule întinse la interfața cu aerul. La aceeași temperatură într-un mediu alcalin, pe suprafața soluției se formează pelicule gazoase, ceea ce se datorează respingerii sarcinilor similare ale grupurilor învecinate care au apărut ca urmare a disocierii lor.

89. Scrieți formula pentru structura unei micele sol formate în urma interacțiunii substanțelor indicate (un exces de una, apoi o altă substanță): CdCl 2 + N / A 2 S; FeCl 3 + NaOH. Numiți componentele constitutive ale unei micele.

1) CdCl2 + Na2S

Excesul de CdCl2 dă o micelă:

[ (CdCl 2) Cd 2+ Cl – ] + x Cl –

germen: (CdCl 2)

miez: [(CdCl2) Cd2+

granulă: [ (CdCl 2) Cd 2+ Cl – ] +

Excesul de Na2S dă o micelă:

–xNa+

germen: (NaCl)

miez: (NaCl)2Cl -

granulă: [ (CdCl 2) Cd 2+ Cl – ] +

2) FeCl3 + NaOH

Excesul de FeCl3 dă o micelă:

[ (FeCl 3) Fe 3+ 2Cl – ] + x Cl –

germen: (FeCl 3)

miez: (FeCl3) Fe3+

granulă: [ (FeCl 3) Fe 3+ 2Cl – ] +

Excesul de NaOH dă o micelă:

–xNa+

germen: (NaCl)

miez: 3 (NaCl) 3 Cl –

granule: -

94. Protejarea particulelor coloidale folosind DIU. Mecanismul de acțiune de protecție. Proteine, carbohidrați, pectine ca protecție coloidală.

Protecție coloidală – stabilizarea unui sistem dispersat prin formarea unei învelișuri protectoare de adsorbție în jurul particulelor din faza dispersată. Proteinele, pectinele și carbohidrații acționează ca stabilizatori ai sistemelor dispersate, protejând sistemele de coagulare sau sedimentare ulterioară.

110. Spume, condiții de formare și proprietăți. Rolul spumării pentru alimente și exemple de utilizare a spumei.

Spumele sunt sisteme dispersate foarte concentrate (fracția de volum a gazului mai mare de 60-80%), în care faza dispersată este gazoasă, iar mediul de dispersie este lichid sau solid (beton spumos, gips spumos, polimeri spumi etc.). Spumele sunt sisteme grosiere, dimensiunea bulelor în care este de la 0,01 cm la 0,1 cm sau mai mult. Cel mai adesea, spume cu un mediu de dispersie lichid sunt obținute prin dispersarea gazului într-un lichid în prezența unui stabilizator, care în acest caz se numește agent de spumare.

Produsele alimentare care sunt spume includ spume precum frișca în baloane; milkshake-urile sunt, de asemenea, preparate prin biciuire și inițial componentele sale formează spumă. Cu ajutorul spumării în industria alimentară, extrag impurități valoroase din soluții, ceea ce este deosebit de eficient în spume uscate. Dar, în producția de zahăr, spuma interferează cu desfășurarea normală a proceselor și, în acest caz, se efectuează eliminarea spumei.

LITERATURĂ

Akhmetov B.V. Probleme și exerciții de chimie fizică și coloidală. – L.: Chimie, 1989.

Gameeva O. S. Chimie fizică și coloidală. – M.: Liceu, 1983.

Evstratova K. I., Kupina N. A., Malakhova E. M. Chimie fizică și coloidală. – M.: Liceu, 1990.

Zimon A. D., Leshchenko N. F. Chimia coloidului. – M.: Chimie, 2001.

Zimon A. D., Leshchenko N. F. Chimie fizică. – M.: Chimie, 2000.

Kiselev E.V. Culegere de exemple și probleme de chimie fizică. – M.: Liceu, 1983.

Knorre D. G. Chimie fizică. – M.: Liceu, 1990.

Stromberg A. G. Chimie fizică. – M.: Liceu, 2001.

Stepin B. D. Sisteme internaționale de unități de mărimi fizice în chimie. – M.: Liceu, 1990.

Friedrichsberg D. A. Curs de chimie coloidală. – L.: Chimie, 1995.

Khmelnitsky R. A. Chimie fizică și coloidală. – M.: Liceu, 1988.

1.2. Metode de obţinere a sistemelor dispersate

Există două metode cunoscute pentru producerea sistemelor dispersate. Într-una dintre ele, substanțele solide și lichide sunt măcinate fin (dispersate) într-un mediu de dispersie adecvat, în cealaltă, este cauzată formarea de particule de fază dispersate din molecule sau ioni individuali.

Se numesc metode de producere a sistemelor dispersate prin măcinarea particulelor mai mari dispersiv. Se numesc metode bazate pe formarea particulelor ca urmare a cristalizării sau condensării condensare.

Metoda de dispersie

Această metodă combină, în primul rând, metode mecanice în care depășirea forțelor intermoleculare și acumularea energiei de suprafață liberă în timpul procesului de dispersie are loc datorită lucrului mecanic extern asupra sistemului. Ca rezultat, solidele sunt zdrobite, abrazive, zdrobite sau despicate.

În condiții de laborator și industriale, procesele luate în considerare se desfășoară în concasoare, pietre de moară și mori de diferite modele. Morile cu bile sunt cele mai comune. Acestea sunt cilindri rotativi cu goluri în care sunt încărcate materialul zdrobit și bile de oțel sau ceramică. Pe măsură ce cilindrul se rotește, bilele se rostogolesc, abrazând materialul care este zdrobit. Mărunțirea poate apărea și ca urmare a impactului cu minge. Morile cu bile produc sisteme ale căror dimensiuni ale particulelor sunt într-un interval destul de larg: de la 2-3 la 50-70 microni. Un cilindru gol cu bile poate fi pus într-o mișcare oscilativă circulară, ceea ce promovează strivirea intensivă a materialului încărcat sub influența mișcării complexe a corpurilor zdrobite. Acest dispozitiv se numește moara cu vibrații.

Se poate obține o dispersie mare dispersie ultrasonică. Efectul dispersiv al ultrasunetelor este asociat cu cavitația - formarea și prăbușirea unei cavități într-un lichid. Lovirea cavităților este însoțită de apariția undelor de șoc de cavitație, care distrug materialul. S-a stabilit experimental că dispersia este direct dependentă de frecvența vibrațiilor ultrasonice. Dispersia cu ultrasunete este deosebit de eficientă dacă materialul este anterior măcinat fin. Emulsiile obținute prin metoda ultrasonică se caracterizează printr-o dimensiune uniformă a particulei fazei dispersate.

La zdrobire și măcinare, materialele sunt distruse, în primul rând, în locurile cu defecte de rezistență (macro și microfisuri). Prin urmare, pe măsură ce măcinarea progresează, rezistența particulelor crește, care este de obicei folosită pentru a crea materiale mai puternice. În același timp, o creștere a rezistenței materialelor pe măsură ce sunt zdrobite duce la un consum mare de energie pentru o dispersie ulterioară. Distrugerea materialelor poate fi facilitată prin utilizarea efectului Rebinder - reducerea adsorbției a rezistenței solidelor. Acest efect este de a reduce energia de suprafață cu ajutorul agenților tensioactivi, rezultând o deformare și distrugere mai ușoară a solidului. Reductoarele de duritate se caracterizează prin cantități mici care provoacă efectul Rebinder și specificitatea acțiunii. Aditivii care umezesc materialul ajuta mediul sa patrunda in defecte si, cu ajutorul fortelor capilare, faciliteaza si distrugerea solidului. Agenții de suprafață nu numai că contribuie la distrugerea materialului, ci și stabilizează starea dispersată, deoarece, prin acoperirea suprafeței particulelor, ei împiedică astfel să se lipească înapoi. Acest lucru ajută, de asemenea, la obținerea unei stări foarte dispersate.

De obicei, nu este posibil să se obțină o dispersie ridicată folosind metoda de dispersie. Sistemele de dispersie obținute prin metode de dispersie sunt făina, tărâțe, aluat, zahăr pudră, cacao (penițe, pudră), ciocolată, praline, masele de marțipan, piureuri de fructe și fructe de pădure, suspensii, emulsii, mase spumante.

Metoda de condensare

Metoda de condensare se bazează pe procesele de apariție a unei faze eterogene dintr-un sistem omogen prin combinarea de molecule, ioni sau atomi. Se face o distincție între condensarea chimică și cea fizică.

Condens chimic se bazează pe eliberarea unei substanțe ușor solubile ca urmare a unei reacții chimice. Pentru a obține o nouă fază de grad de dispersie coloidal, este necesar un exces de unul dintre reactivi, utilizarea soluțiilor diluate și prezența unui stabilizator în sistem.

În timpul condensării fizice, se formează o nouă fază într-un mediu gazos sau lichid în condițiile unei stări suprasaturate a substanței. Condensarea presupune formarea unei noi faze pe suprafețele existente (pereții unui vas, particule de substanțe străine - nuclee de condensare) sau pe suprafața nucleelor care apar spontan ca urmare a fluctuațiilor densității și concentrației unei substanțe în sistem. . În primul caz, condensarea se numește eterogen, în al doilea - omogen. De regulă, condensarea are loc pe suprafața nucleelor de condensare sau a nucleelor de dimensiuni foarte mici, astfel încât reactivitatea substanței condensate este mai mare decât macrofazele în conformitate cu ecuația Kelvin a condensării capilare. Prin urmare, pentru ca substanța condensată să nu revină la faza inițială și condensarea să continue, trebuie să existe suprasaturare în sistem.

1.3. Clasificarea sistemelor disperse

Sistemele dispersate sunt clasificate după următoarele criterii:

gradul de dispersie;

starea de agregare a fazei dispersate și a mediului de dispersie;

proprietăți structurale și mecanice;

natura interacțiunii dintre faza dispersată și mediul de dispersie.

Clasificarea după gradul de dispersie

În funcție de dimensiunea particulelor, se disting sisteme cu dispersie mare, dispersie medie și dispersate grosier (Tabelul 1.1).

Tabelul 1.1

	particule, m	Dispersitate
Foarte dispersat (sisteme coloidale)			hidrosoli, aerosoli
Mediu dispersat			Cafea instant, zahar pudra
Aspru	Mai mult de 10 -5
Soluții adevărate	Mai puțin de 10 -9

Suprafața specifică a particulelor din faza dispersată este maximă în sistemele foarte dispersate; atunci când treceți la sisteme dispersate medii și grosier, aria suprafeței specifică scade (Fig. 1.3). Când dimensiunea particulelor este mai mică de 10 -9 m, interfața dintre particule și mediu dispare și se formează soluții moleculare sau ionice (soluții adevărate).

Pe baza dimensiunii particulelor fazei dispersate, unul și același produs poate aparține unor sisteme dispersate diferite. De exemplu, particulele de făină de grâu premium au o dimensiune de (1-30)10 –6 m, adică făina de acest grad aparține simultan sistemelor cu dispersie medie și grosieră.

Clasificarea după starea de agregare

Faza dispersată și mediul de dispersie pot fi în oricare dintre cele trei stări de agregare: solid (S), lichid (L) și gazos (G).

Fiecare sistem de dispersie are propria sa denumire și nume: numărătorul indică starea agregată a fazei dispersate, iar numitorul indică mediul de dispersie. Sunt posibile opt opțiuni pentru sistemele dispersate (Tabelul 1.2), deoarece sistemul H/H nu poate fi eterogen.

În general, toate sistemele coloidale foarte dispersate sunt numite solurile. Un prefix este adăugat cuvântului sol pentru a caracteriza mediul de dispersie. Dacă mediul de dispersie este solid - xerosoli, lichid - liosolurile(hidrosoli), gaze – aerosoli.

Pe lângă sistemele dispersate simple, există și sisteme dispersate complexe care constau din trei sau mai multe faze.

De exemplu, aluatul după frământare este un sistem complex de dispersie format din faze solide, lichide și gazoase. Poate fi reprezentat ca un sistem de tip T, G, F/T. Boabele de amidon, particulele de coji de cereale și proteinele insolubile umflate formează faza solidă. Substantele minerale si organice (proteine solubile in apa, dextrine, zaharuri, saruri etc.) se dizolva in apa nelegata. Unele dintre proteinele care se umflă la infinit formează soluții coloidale. Grăsimea prezentă în aluat este sub formă de picături. Mediul gazos se formează datorită captării bulelor de aer în timpul frământării și în timpul procesului de fermentație.

Mediul de dispersie al masei de ciocolată este untul de cacao, iar faza dispersată constă din particule de zahăr pudră și masă de cacao, adică masa de ciocolată fără umplutură este un sistem complex de dispersie T, T/F.

Sistemele complexe de dispersie includ aerosoli industriali (smog), constând din faze solide și lichide distribuite într-un mediu gazos.

Tabelul 1.2

Dispersiv	Dispersat	Dispersat	Nume sistem,
			Starea coloidală este imposibilă
			Aerosoli lichizi: ceață, deodorant
			Aerosoli solizi, pulberi: praf, fum, zahar pudra, cacao pudra, lapte praf
			Spume, emulsii gazoase: apă carbogazoasă, bere, spumă (bere, săpun)
			Emulsii: lapte, maioneza
			Soluri, suspensii: soluri metalice, rezervoare naturale, masa de cacao, mustar
			Spume solide: piatră ponce, spumă de polistiren, brânză, pâine, ciocolată gazoasă, bezele
			Sisteme capilare: ulei, umpluturi de fructe
			Aliaje metalice, pietre pretioase

Clasificare după proprietăți structurale și mecanice

Distinge dispersat liberȘi dispersate coeziv sisteme.

În sistemele liber dispersate, particulele din faza dispersată nu sunt conectate între ele și se mișcă liber în întregul volum al sistemului (liosoluri, suspensii și emulsii diluate, aerosoli, aproape toate pulberile în vrac etc.).

În sistemele dispersate coeziv, particulele din faza dispersată intră în contact între ele, formând un cadru care conferă acestor sisteme proprietăți structurale și mecanice - rezistență, elasticitate, plasticitate (geluri, jeleuri, spume solide, emulsii concentrate etc.). Masele alimentare dispersate coeziv pot fi sub formă de produse intermediare (aluat, carne tocată) sau produse alimentare finite (brânză de vaci, unt, halva, marmeladă, brânză prelucrată etc.).

Clasificarea după natura interacțiunii

fază dispersată și mediu de dispersie

Toate sistemele dispersate formează două grupuri mari - liofile și liofobe:

Liofilă (hidrofil) sistemele dispersate se caracterizează printr-o predominanță semnificativă a forțelor de interacțiune de suprafață a fazelor dispersate și dispersate asupra forțelor de coeziune. Cu alte cuvinte, aceste sisteme se caracterizează prin afinitate mare a fazei dispersate și a mediului de dispersie și, în consecință, valori scăzute ale energiei de suprafață. G pov Se formează spontan și sunt stabile termodinamic. Proprietățile sistemelor dispersate liofile pot fi prezentate prin soluții de agenți tensioactivi coloidali (săpunuri), soluții de compuși cu greutate moleculară mare (proteine, polizaharide), emulsii critice, microemulsii și unele soluri.

Liofob (hidrofob) – sisteme în care interacțiunea intermoleculară dintre particule și mediu este mică. Astfel de sisteme sunt considerate instabile termodinamic. Formarea lor necesită anumite condiții și influență externă. Pentru a crește stabilitatea, în ele se introduc stabilizatori. Majoritatea sistemelor de dispersie a alimentelor sunt liofobe.

Întrebări și sarcini pentru consolidarea materialului

Numiți trăsăturile caracteristice ale sistemelor disperse. Care este faza dispersată și mediul de dispersie în următoarele sisteme: lapte, pâine, maioneză, unt, aluat?

Ce parametri caracterizează gradul de fragmentare a sistemelor disperse? Cum se modifică suprafața specifică atunci când faza dispersată este zdrobită?

Calculați suprafața specifică (în m2/m3) a cristalelor de zahăr cubic cu lungimea marginii de 210 -3 m.

Diametrul picăturilor de ulei din sosuri depinde de metoda de preparare a acestora. Cu agitare manuală este de 210 -5 m, iar cu amestecarea la mașină - 410 -6 m. Determinați dispersia și suprafața specifică (m 2 /m 3) a picăturilor de ulei pentru fiecare caz. Trageți o concluzie despre efectul dimensiunii particulelor asupra suprafeței specifice.

Determinați suprafața specifică a globulelor de grăsime și cantitatea acestora în 1 kg de lapte cu un conținut de grăsime de 3,2%. Diametrul globulelor de grăsime este de 8,510 -7 m, densitatea grăsimii din lapte.
900 kg/m3.

Care este cauza excesului de energie de suprafață?

Ce este tensiunea superficială? In ce unitati se masoara? Numiți factorii care influențează tensiunea superficială.

Care sunt metodele cunoscute pentru producerea sistemelor dispersate?

După ce criterii sunt clasificate sistemele disperse? Dați o clasificare a sistemelor disperse în funcție de gradul de dispersie și starea de agregare a fazelor.

Pe ce bază sunt împărțite sistemele dispersate în liofobe și liofile? Ce proprietăți au aceste sisteme? Dă exemple.

Capitol2 . SISTEME DISPERSE LIOFILIZATE

Cele mai comune și utilizate pe scară largă sisteme liofile în industria alimentară sunt soluțiile de agenți tensioactivi coloidali și compușii cu molecul mare.

2.1. Soluții de agenți tensioactivi coloidali

Coloidal sunt surfactanți capabili să formeze micelii în soluții (din latină mica - minuscul) - asociați formați dintr-un număr mare de molecule (de la 20 la 100). Surfactanții cu un lanț lung de hidrocarburi care conține 10-20 atomi de carbon au capacitatea de a forma micelii.

Datorită gradului ridicat de asociere a moleculelor între micelă și mediul de dispersie, apare o interfață,
adică soluțiile de surfactant micelari sunt sisteme eterogene. Dar, în ciuda eterogenității și a suprafeței mari de interfață, acestea sunt stabile termodinamic. Acest lucru se datorează faptului că moleculele de surfactant din micelii sunt orientate de grupuri polare către mediul polar, ceea ce determină tensiune interfacială scăzută. Prin urmare, energia de suprafață a unor astfel de sisteme este scăzută; acestea sunt sisteme liofile tipice.

2.1.1. Clasificarea surfactanților coloidali

prin grupuri polare

Conform clasificării adoptate la cel de-al III-lea Congres Internațional de Surfactanți și recomandată de Organizația Internațională de Standardizare (ISO) în 1960, surfactanții coloidali se împart în anionici, cationici, neionici și amfoteri. Uneori sunt izolați și agenți tensioactivi cu greutate moleculară mare (polimer), perfluorurați și organosilici, totuși, pe baza naturii chimice a moleculelor, acești agenți tensioactivi pot fi clasificați într-una din clasele de mai sus.

Surfactanții anionici conțin una sau mai multe grupări polare în moleculă și se disociază într-o soluție apoasă pentru a forma anioni cu lanț lung, care determină activitatea lor de suprafață. Sunt mai buni decât toate celelalte grupuri de agenți tensioactivi în îndepărtarea murdăriei de pe suprafețele de contact, ceea ce determină utilizarea lor într-o varietate de detergenți.

Grupările polare din agenții tensioactivi anionici sunt carboxil, sulfat, sulfonat și fosfat.

Un grup mare de surfactanți anionici sunt derivați ai acizilor carboxilici (săpunuri). Cele mai importante sunt sărurile de metale alcaline ale acizilor grași saturați și nesaturați cu un număr de atomi de carbon de 12-18, obținute din grăsimi animale sau uleiuri vegetale. Când sunt utilizate în condiții optime, săpunurile sunt agenți tensioactivi ideali. Principalul lor dezavantaj este sensibilitatea la apa dură, ceea ce a determinat necesitatea creării de surfactanți anionici sintetici - alchilsulfonați, alchilbenzensulfonați etc.

Substanțele anionice reprezintă cea mai mare parte a producției mondiale de surfactanți. Principalul motiv pentru popularitatea acestor agenți tensioactivi este simplitatea lor și costurile de producție reduse.

Cationic sunt surfactanți ale căror molecule se disociază într-o soluție apoasă pentru a forma un cation surfactant cu un lanț hidrofob lung și un anion - de obicei o halogenură, uneori un anion de acid sulfuric sau fosforic. Acestea includ amine cu diferite grade de substituție, baze de amoniu cuaternar și alte baze care conțin azot, baze de fosfoniu cuaternar și sulfoniu terțiar. Agenții tensioactivi cationici nu reduc tensiunea superficială la fel de mult ca cei anionici, dar au o bună capacitate de adsorbție pe suprafețele încărcate negativ - metale, minerale, materiale plastice, fibre, membrane celulare, ceea ce a determinat utilizarea lor ca agenți anticorozivi și antistatici, dispersanți, balsam, bactericide și aditivi care reduc aglomerarea îngrășămintelor.

Surfactanți neionici nu se disociază în ioni în apă. Solubilitatea lor se datorează prezenței în molecule de eter hidrofil și grupări hidroxil, cel mai adesea lanțul de polietilen glicol. Aceasta este clasa de surfactanți cea mai promițătoare și cu cea mai rapidă dezvoltare.

Agenții tensioactivi neionici, în comparație cu cei anionici și cationici, sunt mai puțin sensibili la sărurile care cauzează duritatea apei. Acest tip de surfactant face detergentul moale, sigur și prietenos cu mediul (biodegradabilitatea agenților tensioactivi neionici este de 100%). Surfactanții neionici există numai sub formă lichidă sau pastă și, prin urmare, nu pot fi conținute în detergenți solizi (săpunuri, pulberi).

Agenții tensioactivi amfoteri (amfolitici) conțin ambele tipuri de grupări în moleculă: acide (cel mai adesea carboxil) și bazice (de obicei o grupare amino cu diferite grade de substituție). În funcție de pH-ul mediului, aceștia prezintă proprietăți ca agenți tensioactivi cationici (la pH< 4), так и анионактивных (при рН 9-12). При
pH 4-9 se pot comporta ca compuși neionici.

Acest tip de surfactant include multe substanțe naturale, inclusiv aminoacizi și proteine.

Surfactanții amfoteri se caracterizează prin proprietăți dermatologice foarte bune, înmoaie efectul ingredientelor de curățare anionice și, prin urmare, sunt adesea utilizați în șampoane și produse cosmetice de înaltă calitate.

Mai multe detalii despre clasificarea agenților tensioactivi și reprezentanții principali ai fiecărei clase pot fi găsite în.

2.1.2. Concentrația micelică critică.
Structura și proprietățile micelilor de surfactant. Solubilizarea

Se numește concentrația de surfactant la care apar miceliile în soluție concentrația micelică critică(KKM). Structura și proprietățile micelilor de surfactant sunt determinate de interacțiunile intermoleculare dintre componentele sistemului.

Majoritatea datelor experimentale indică faptul că în apropierea CMC în soluții apoase, miceliile sunt formațiuni sferice atât în cazul surfactanților activi cationici și anionici, cât și neionici. Când miceliile se formează într-un solvent polar, de exemplu, apă, lanțurile de hidrocarburi ale moleculelor de surfactant sunt combinate într-un miez compact, iar grupările polare hidratate care se confruntă cu faza apoasă formează o înveliș hidrofilă (Fig. 2.1, A). Diametrul unei astfel de micele este egal cu de două ori lungimea moleculei de surfactant, iar numărul de agregare (numărul de molecule din micelă) variază de la 30 la 2000 de molecule. Forțele atractive ale părților de hidrocarburi ale moleculelor de surfactant în apă pot fi identificate cu interacțiuni hidrofobe; respingerea grupelor polare limitează creșterea micelilor. În solvenții nepolari, orientarea moleculelor de surfactant este opusă, adică radicalul de hidrocarbură este în fața lichidului nepolar (Fig. 2.1, b).

Există un echilibru dinamic între moleculele de surfactant din stratul de adsorbție și din soluție, precum și între moleculele de surfactant incluse în micelii (Fig. 2.2).

Forma micelilor și dimensiunile lor nu se schimbă într-un interval de concentrație destul de larg. Cu toate acestea, odată cu creșterea conținutului de surfactant în soluție, începe să apară interacțiunea dintre micelii și la concentrații care depășesc CMC de 10 sau mai multe ori, acestea devin mai mari, formând mai întâi micelii cilindrice, iar apoi la concentrații mai mari - în formă de tijă, în formă de disc. și micelii în formă de placă cu anizometrie pronunțată . La concentrații și mai mari de surfactant în soluții, apar rețele spațiale și sistemul devine structurat.

Valoarea CMC este cea mai importantă caracteristică a unui surfactant, în funcție de mulți factori: lungimea și gradul de ramificare a radicalului de hidrocarbură, prezența impurităților, pH-ul soluției, raportul dintre proprietățile hidrofile și hidrofobe ale surfactantului. . Cu cât radicalul de hidrocarbură este mai lung și cu cât gruparea polară este mai slabă, cu atât valoarea CMC este mai mică. Când concentrația de surfactant este mai mare decât cea critică corespunzătoare CMC, proprietățile fizico-chimice se modifică brusc și apare o îndoire în curba proprietăți-compoziție. Prin urmare, majoritatea metodelor de determinare a CMC se bazează pe măsurarea oricărei proprietăți fizico-chimice - tensiune superficială, conductivitate electrică, indice de refracție, presiune osmotică etc. - și stabilirea concentrației la care se observă o modificare bruscă a acestei proprietăți.

Astfel, izotermele tensiunii superficiale  soluții de agenți tensioactivi coloidali, în loc de mișcarea lină obișnuită descrisă de ecuația Shishkovsky, este detectată o îndoire în CCM (Fig. 2.3). Cu o creștere suplimentară a concentrației peste CMC, valorile tensiunii superficiale rămân practic neschimbate.

Curba conductibilității electrice specifice æ în funcție de concentrație Cu surfactanții coloidali ionici cu CMC are o rupere ascuțită (Fig. 2.4).

Una dintre proprietățile caracteristice ale soluțiilor de surfactanți coloidali asociate cu structura lor micelară este solubilizarea– dizolvarea în soluții de surfactanți coloidali a unor substanțe care sunt de obicei insolubile într-un lichid dat. Mecanismul de solubilizare constă în pătrunderea moleculelor nepolare de substanțe adăugate la soluția de surfactant în miezul nepolar al micelei (fig. 2.5), sau invers. În acest caz, lanțurile de hidrocarburi p se depărtează, iar volumul micelului crește. Ca urmare a solubilizării, lichidele de hidrocarburi se dizolvă în soluții apoase de surfactant: benzină, kerosen, precum și grăsimi care sunt insolubile în apă. Sărurile biliare – colatul de sodiu și deoxicolat de sodiu, care solubilizează și emulsionează grăsimile din intestine – au o activitate de solubilizare excepțional de mare.

Solubilizarea este un factor important în acțiunea detergentă a agenților tensioactivi. De obicei, particulele poluante sunt hidrofobe și nu sunt umezite de apă. Prin urmare, chiar și la temperaturi ridicate, efectul de curățare al apei este foarte mic și se adaugă agenți tensioactivi coloidali pentru a-l crește. Când un detergent intră în contact cu o suprafață contaminată, moleculele de surfactant formează un strat de adsorbție pe particulele de murdărie și pe suprafața care este curățată. Moleculele de surfactant pătrund treptat între particulele de murdărie și suprafață, favorizând desprinderea particulelor de murdărie (Fig. 2.6). Contaminantul intră în micelă și nu se mai poate depune pe suprafața de spălat.

DISPERSARE

Dispersia poate fi spontană sau nespontană. Dispersia spontană este tipică pentru sistemele liofile. În ceea ce privește sistemele liofobe, dispersia spontană este exclusă; dispersia în ele este posibilă prin cheltuirea anumitor lucrări.

Dispersia este caracterizată grad de dispersie ( A ) . Este determinată de raportul dintre dimensiunile produsului inițial și particulele fazei dispersate a sistemului rezultat.

A = d n/ d k,(7,1)

d n, d k - diametrul particulelor înainte și după măcinare.

Loc de munca W, necesar pentru dispersarea unui solid sau lichid, este cheltuit pentru deformarea corpului W d și formarea unei noi interfețe de fază W a, care se măsoară prin munca de aderență. Deformarea este o condiție prealabilă necesară pentru distrugerea unui corp. Lucrul de dispersie este determinat de formula:

W = W A + W d = * DB + kV (7.2)

* - o valoare proporțională sau egală cu tensiunea superficială la interfață;

DB- creșterea interfeței dintre faze ca urmare a dispersiei,

V- volumul corpului original înainte de dispersie,

k- coeficient echivalent cu munca de deformare pe unitatea de volum a corpului.

Folosind tehnici de chimie coloidală, energia necesară pentru dispersie poate fi redusă. Astfel de metode includ reducerea rezistenței la adsorbție. Ca urmare a adsorbției agenților tensioactivi pe suprafețele exterioare și interioare ale unui solid, tensiunea superficială a interfazelor este redusă și deformarea solidului este facilitată.

Reducerea energiei de dispersie se poate realiza prin următoarele metode: efectuarea procesului într-un mediu lichid, măcinarea cu vibrații simultane și utilizarea metodei ultrasonice.

OBȚINEREA SISTEMELOR DE DISPERSE DATORITĂ PROCESELOR DE CONDENSARE

Metode de condensare : condensare, desublimare, cristalizare. Ele se bazează pe formarea unei noi faze în condițiile unei stări suprasaturate a unei substanțe într-un mediu gazos sau lichid. În acest caz, sistemul trece de la omogen la eterogen. Condensarea și desublimarea sunt caracteristice unui mediu gazos, iar cristalizarea este caracteristică unui mediu lichid.

Condiție necesară pentru condensare și cristalizare - suprasaturarea și distribuția neuniformă a substanței în mediul de dispersie și formarea de centre de condensare (embrioni).

Gradul de suprasaturare b pentru soluție și abur poate fi exprimată după cum urmează:

b w = s/s s, b p = r/r s (7.3)

p, c - presiunea vaporilor suprasaturați și concentrația substanței în soluția suprasaturată, p s- presiunea de echilibru a vaporilor saturați pe o suprafață plană, s s- solubilitatea de echilibru corespunzatoare formarii unei noi faze.

Condensul este facilitat de particule minuscule. De exemplu, produsele de ardere a combustibilului pentru aeronave, particulele de sol etc. pot servi drept nuclee de condensare a vaporilor de apă.

Când nu există nuclee de condensare, picăturile pot exista în stare suprarăcită. Când vaporii se condensează în aceste condiții, nu se vor forma picături, ci cristale. Procesul de tranziție a unei substanțe gazoase într-un solid, ocolind starea lichidă, se numește desublimare.

sublimare -trecerea unui solid într-un gaz fără a trece printr-un lichid.

Metodele de condensare se bazează pe procese spontane care sunt însoțite de o scădere a energiei Gibbs.

În timpul nucleării și formării particulelor dintr-o soluție suprasaturată sau fază gazoasă, potențialul chimic se modificăm, apare o interfață de fază, care devine purtătoarea energiei de suprafață liberă în exces.

Condensul poate fi fizic sau chimic.

Condens fizic - se efectuează când temperatura unui mediu gazos care conține vapori de diferite substanțe scade.

Distilarea izotermă : reducerea dimensiunii particulelor mici până când acestea dispar complet și creșterea particulelor mari.

MEMBRANE SI PROCESE DE MEMBRANA

Membrane- compartimentari semipermeabile prin care se realizeaza osmoza. Osmoză- un proces spontan de transfer al unui solvent (mediu de dispersie) printr-o membrană dintr-un solvent (soluție mai puțin concentrată sau coloidală) într-o soluție (sau într-o soluție mai concentrată).

Membranele sunt filme subțiri poroase; sunt sisteme bidimensionale foarte dispersate.

Cel mai adesea, membranele sunt folosite pentru a purifica lichidele de impurități folosind osmoză inversă (mișcarea impurităților dizolvate printr-o membrană sub influența presiunii externe)

Fig. 7.2 Schema de osmoză (a), osmoză inversă (b), ultrafiltrare și dializă (c)

1. mediu de dispersie (lichid pur) lichid, 2. T/L coloidal sau soluție adevărată, 3. membrană, 4. curgere de lichid pur (solvent), 5. flux de impurități.

Dacă se aplică presiunea P din sistemul dispersat 2, fluxul de lichid din regiunea 2 se va deplasa în regiunea 1. Doar moleculele de solvent trec prin membrana 3 (datorită mobilității lor mai mari). Conținutul regiunii 1 va fi îmbogățit cu lichid pur, iar în regiunea 2 impuritățile vor fi concentrate.

Direcția de mișcare a lichidului în osmoză inversă este opusă mișcării acestuia în cazul osmozei.

Munca necesară pentru implementarea osmozei inverse este cheltuită pentru forțarea lichidului prin pori:

W os = D R V (7.4)

Dp este căderea de presiune pe ambele părți ale membranei,

V- volumul de lichid care trece prin membrane.

D p = P - p (7.5)

P - exces de presiune deasupra soluției,

p- presiune osmotica.

Din egalitatea 7.5 rezultă că P> p. Această condiție determină excesul de presiune necesar pentru a se produce osmoza inversă.

Cu ajutor dializă(7.2, c) sistemul dispersat este purificat de impurități sub formă de ioni sau molecule. Sistemul dispersat este plasat în partea dreaptă 2 a vasului, separat de partea stângă 1 prin membrana 3. Membrana este permeabilă la molecule și ioni, dar reține particulele fazei dispersate. Ca urmare a difuziei, impuritățile dintr-o zonă cu concentrație mai mare 2 se vor muta spontan într-o zonă cu concentrație mai mică 1.

Purificarea unei soluții coloidale prin dializă poate fi intensificată prin aplicarea unei presiuni externe p (7.2, c). În acest caz, procesul se numește ultrafiltrare.

Osmoza inversă, dializa, ultrafiltrarea sunt folosite în diverse scopuri, dar au multe în comun; se folosesc echipamente similare.

Principiul de bază al funcționării membranei este permeabilitatea selectivă, care este determinată de dimensiunea porilor, proprietățile sistemelor care sunt curățate și presiunea exterioară.

Pe lângă soluțiile purificatoare, membranele contribuie la echilibrul electroliților în prezența particulelor sau ionilor ale căror dimensiuni nu le permit să pătrundă prin pori, așa-numitele echilibrul membranei, care este de importanță practică pentru soluțiile DIU, în procesele de umflare a substanțelor și în diferite procese fiziologice.

Tehnologia membranei este mult mai eficientă decât alte tehnologii similare și necesită costuri mai mici cu energie.

MOTIVUL PROPRIETĂȚILOR CINETICE MOLECULARE

Toate proprietățile cinetice moleculare sunt cauzate de mișcarea termică haotică a moleculelor mediului de dispersie, care constă în mișcări de translație, rotație și vibrație ale moleculelor.

Moleculele au energii cinetice diferite. Cu toate acestea, la o anumită temperatură, energia cinetică medie a moleculelor rămâne constantă. Fluctuația valorilor energiei cinetice ale moleculelor unui mediu de dispersie este cauza proprietăților cinetice moleculare.

Proprietățile cinetice moleculare se manifestă în mediile de dispersie lichide și gazoase.

MIȘCARE BROWNIANĂ

Cele mai mici particule de masă nesemnificativă suferă impacturi inegale de la moleculele mediului de dispersie; figura arată forța rezultată F, care determină mișcarea particulelor.

Fig. 7.3.Influența moleculelor unui mediu de dispersie asupra unei particule din faza dispersată.

Direcția și impulsul acestei forțe se schimbă constant, astfel încât particulele se mișcă într-o manieră haotică.

Einstein și Smoluchowski au reușit să determine direcția forței rezultate și să o conecteze cu proprietățile cinetice moleculare ale mediului în 1907, independent unul de celălalt.

Calculele lor s-au bazat nu pe calea adevărată a particulelor, ci pe deplasarea particulelor (Fig. 7.4).

Calea particulei este determinată de o linie întreruptă și de deplasare X caracterizează schimbarea coordonatei unei particule într-o anumită perioadă de timp. Deplasarea medie va determina deplasarea medie pătratică a particulei:

(7.6)

x 1, x 2, x i- deplasarea particulelor într-un anumit timp.

Teoria mișcării browniene se bazează pe ideea interacțiunii unei forțe aleatorii f( t) , care caracterizează impactul moleculelor și, și forțelor Ft, în funcție de timp și forța de frecare atunci când particulele fazei dispersate se mișcă într-un mediu de dispersie cu o viteză v. Ecuația mișcării browniene(Ecuația Langevin) are forma:

m(dv/ dt) + hv = Ft + f( t) (7.7)

Unde m- masa particulelor,h- coeficientul de frecare în timpul mișcării particulelor.

Pentru perioade mari de timp, inerția particulelor, adică termenul m(dv/ dt) poate fi neglijat. După integrare 7.7. cu condiția ca produsul mediu al impulsurilor forței aleatoare să fie egal cu zero, găsiți deplasarea medie:

(7.8)

Unde t- timp, h- vâscozitatea mediului de dispersie, r-raza particulelor de fază dispersată.

Mișcarea browniană este cea mai pronunțată în sistemele foarte dispersate. Înțelegerea motivelor și dezvoltarea teoriei mișcării browniene este o dovadă strălucitoare a naturii moleculare a materiei.

DIFUZIA

Difuzie- procesul de distribuție spontană a unei substanțe dintr-o zonă de concentrație mai mare într-o zonă de concentrație mai mică.

Tipuri de difuzie:

1. molecular;

2. ionic;

3. difuzia particulelor coloidale.

Difuzia ionică este asociată cu mișcarea spontană a ionilor. Formarea unui strat difuz de contraioni pe suprafața particulelor de fază dispersată are loc în funcție de mecanismul difuziei ionilor.

Difuzia particulelor coloidale foarte dispersate este prezentată în Fig. 7.5.n 1 > n 2 . Adică difuzia merge de jos în sus. Difuzia se caracterizează printr-o anumită viteză de mișcare a unei substanțe prin secțiunea transversală B, care este egală cu dm/ dt.

La distanta Dx diferența de concentrație va fin 2 - n 1 , această valoare este negativă.

dn/ dx este gradientul de concentrație.

Viteza de mișcare a materiei:

dm = – D·( dn/ dX) · Bdt (7.9)

D- coeficientul de difuzie.

Ecuația 7.9 - ecuația de difuzie de bazăîn formă diferenţială. Este valabil pentru toate tipurile de difuzie.În formă integrală este aplicabil pentru două procese: staționar și nestaționar.

Pentru un proces staționar, gradientul de concentrație este constant. Integrând 7.9., obținem:

m = – D(dn/ dX) Bt- Prima lege a lui Fick (7.10)

Sensul fizic al coeficientului de difuzie : Dacă- dn/ dX= 1, V = 1, t= 1, atunci m = D, adică coeficientul de difuzie este numeric egal cu masa substanței care difuzează atunci când gradientul de concentrație, aria secțiunii transversale a fluxului de difuzie și timpul sunt egale cu unitatea.

Particulele coloidale sunt caracterizate printr-un coeficient minim de difuzie.

Difuzia este cuantificată coeficientul de difuzie, care este legat de deplasarea medie:

x -.2 = 2 Dr, r= x -.2 /(2 Dt) (7.11)

D= kT/ (6 phr) (7.12)

k= R/ N A .

Din această formulă este clar că coeficientul de difuzie depinde și de forma particulelor, astfel, cunoscând coeficientul de difuzie, puteți determina dimensiunea particulelor fazei dispersate.

OSMOZĂ

Când două soluții de concentrații diferite sunt separate printr-o partiție semipermeabilă, are loc un flux de solvent de la o concentrație mai mică la una mai mare. Acest proces se numește osmoză.

1 - vas cu o soluție, 2 - recipient cu lichid curat, 3 - despărțitor semipermeabil (membrană).

Explicația termodinamică a osmozei:

Potențialul chimic al unui lichid purm 2 depășește potențialul chimic al aceluiași lichid în soluțiem 1 .Procesul decurge spontan în direcția unui potențial chimic mai mic până când potențialele chimice sunt egalizate.

Ca rezultat al mișcării lichidului în recipientul 1, se creează o presiune în excesp, numit osmotic. Solventul care pătrunde în zona 1 ridică nivelul lichidului la o înălțime H, care compensează presiunea solventului pur.

Presiune osmotica - exces de presiune deasupra soluției, care este necesară pentru a preveni transferul solventului prin membrană.

Presiunea osmotică este egală cu presiunea pe care o produce faza dispersată dacă aceasta, sub formă de gaz la aceeași temperatură, ar ocupa același volum ca și sistemul coloidal (soluție). Presiunea osmotică apare spontan ca o consecință a proprietăților cinetice moleculare ale mediului de dispersie.

Presiunea osmotică pentru soluții ideale non-electrolitice:

pV = RTln(1 – X) (7.13)

V- volumul molar al solventului, x - fracția molară a substanței dizolvate.

În cazul soluțiilor diluate de neelectroliți:

pV = nRT (7.14)

Unde n- numărul de moli de dizolvat.

Dacă masa de dizolvat = q, masa = M, atunci n = q/M, atunci:

p = n(RT/V) = (q/V)(RT/V)(7.15)

M= mN A, m = 4/3 pr 3 r (7.16)

r- densitatea particulelor, m- greutatea moleculară a particulelor din faza dispersată, r- raza particulelor de fază dispersată.

Apoi:

(7.17)

Din această formulă rezultă că presiunea osmotică este direct proporțională cu concentrația fazei dispersate și invers proporțională cu dimensiunea acestor particule.

Presiunea osmotică a soluțiilor coloidale este nesemnificativă.

SEDIMENTARE

Sedimentare- sedimentarea particulelor de fază dispersată, sedimentare inversă - plutirea particulelor.

Fiecare particulă din sistem este acționată de forța gravitațională și de forța de ridicare a lui Arhimede:

F g = mg= vgrȘi F A = vgr 0 (7.18)

Unde r, r 0 - densitatea particulelor fazei dispersate și a mediului de dispersie, m- masa particulelor, v- volumul particulelor, g- accelerarea gravitației.

Aceste forțe sunt constante și direcționate în direcții diferite. Forța rezultată care provoacă sedimentarea este:

F sed = F g -F A = v( r - r 0 ) g (7.19)

Dacă r> r 0 , apoi particula se depune, dacă dimpotrivă, atunci plutește în sus.

Când o particulă se mișcă laminar, apare rezistență - forță de frecare:

F tr = B u (7.20)

B - coeficientul de frecare, u- viteza de mișcare a particulelor.

Forța care acționează asupra unei particule în timpul mișcării:

F = F sed - F tr = vg(r - r 0) – B u (7.21)

Odată cu creșterea vitezei și a unui coeficient de frecare suficient de mare, vine un moment în care forța de frecare atinge forța care provoacă sedimentarea și forța motrice va fi egală cu zero. După aceasta, viteza particulei devine constantă:

u = vg(r (7,23)

Cunoscând cantitățile incluse în ecuație, puteți găsi cu ușurință raza particulelor fazei dispersate.

Capacitatea de sedimentare se exprimă prin constanta de sedimentare:

S sed = u/g (7.24)

Fenomenul de sedimentare este utilizat pe scară largă în diverse industrii, inclusiv adesea folosit pentru analiza sistemelor dispersate.

Se numesc metode de producere a sistemelor dispersate prin măcinarea particulelor mai mari dispersiv. Se numesc metode bazate pe formarea particulelor ca urmare a cristalizării sau condensării condensare.

23) Proprietăţile coloizilor.

Tipul I - suspensoizi(sau coloizi ireversibili, coloizi liofobi). Soluții coloidale de metale, oxizi, hidroxizi, săruri ale acestora. Particulele primare ale fazei dispersate nu diferă de structura substanței corespunzătoare și au o rețea moleculară sau ionică. Acestea sunt sisteme foarte dispersate cu o suprafață de interfază dezvoltată. Ele diferă de suspensii prin dispersia lor. Au fost numite astfel pentru că nu pot exista mult timp fără stabilizator.

Tipul II – asociativ (coloizi micelari) - semicoloizii. Particulele de acest tip apar atunci când există o concentrație suficientă de molecule amfifile ale substanțelor cu greutate moleculară mică în agregate de molecule - micele. Micelele sunt grupuri de molecule aranjate în mod regulat, ținute împreună de forțele de dispersie. Formarea micelilor este tipică pentru soluțiile apoase de detergenți și unii coloranți organici. În alte medii, aceste substanțe se dizolvă pentru a forma soluții moleculare.
Tipul III - coloizi moleculari - liofil (greacă „filio” - dragoste). Acestea includ substanțe naturale și sintetice cu o greutate moleculară mare de la zece mii la câteva milioane. Moleculele acestor substanțe au dimensiunea particulelor coloidale, prin urmare astfel de molecule sunt numite macromolecule.
Caracteristica principală a particulelor coloidale este dimensiunea lor mică d: 1 nm< d < 10мкм

1) Dializa. Cel mai simplu aparat pentru dializa - un dializator - este o punga din material semipermeabil (colodion) in care este plasat lichidul dializat. Punga este coborâtă într-un vas cu un solvent (apă). Prin schimbarea periodică sau constantă a solventului din dializator, impuritățile electroliților și neelectroliții cu greutate moleculară mică pot fi îndepărtate aproape complet din soluția coloidală.
^2) Electrodializa- un proces de dializa accelerat de actiunea curentului electric. Electrodializa este utilizată pentru purificarea soluțiilor coloidale contaminate cu electroliți. Dacă este necesară purificarea soluțiilor coloidale din neelectroliți cu greutate moleculară mică, procesul de electrodializă este ineficient. Procesul de electrodializă diferă puțin de dializa convențională.
^3) Ultrafiltrare- filtrarea soluţiilor coloidale printr-o membrană semi-permeabilă care permite trecerea unui mediu de dispersie
impurități cu greutate moleculară mică și care rețin particulele sau macromoleculele de fază dispersată. Pentru a accelera procesul de ultrafiltrare, acesta se realizează cu o diferență de presiune pe ambele părți ale membranei: sub vid sau
tensiune arterială crescută.
Ultrafiltrarea nu este altceva decât dializa efectuată sub presiune

24) Sisteme disperse coloidale hidrofobe.
Coloizi hidrofobi

sisteme dispersate în care substanța dispersată nu interacționează cu mediul dispersat (apa). Vezi Hidrofilitate și hidrofobicitate.

sisteme dispersate, formațiuni din două sau mai multe faze (corpuri) cu o interfață foarte dezvoltată între ele. În D. s. cel puțin una dintre faze - faza dispersată - este distribuită sub formă de particule mici (cristale, filamente, pelicule sau plăci, picături, bule) în cealaltă fază, continuă - mediul de dispersie. D. s. În funcție de caracteristica principală - dimensiunea particulelor sau (care este aceeași) dispersitate (determinată de raportul dintre suprafața totală a suprafeței interfazei și volumul fazei dispersate) - acestea sunt împărțite în dispersate grosier (puțin) și fin (foarte) dispersate sau sisteme coloidale (coloizi). În sistemele grosiere, particulele au dimensiuni cuprinse între 10 -4 cmși mai mare, în coloizi - de la 10 -4 -10 -5 la 10 -7 cm.

25) Electroforeza si electroosmoza.

Electroosmoza
Mișcarea direcționată a lichidului într-un corp poros sub influența unei diferențe de potențial aplicate se numește electroosmoză. Luați în considerare, de exemplu, alunecarea electroosmotică a unui electrolit într-un pori capilar sau membranar. Să presupunem cu certitudine că ionii negativi sunt adsorbiți la suprafață și sunt fixați nemișcați, iar ionii pozitivi formează partea difuză a EDL. Câmpul extern E este direcționat de-a lungul suprafeței. Forța electrostatică care acționează asupra oricărui element arbitrar al părții difuze a EDL provoacă mișcarea acestui element de-a lungul suprafeței. Deoarece densitatea de sarcină în partea difuză a EDL F(x) se modifică în funcție de distanța până la suprafața x (Fig. 1), straturile descompuse de electrolit lichid se mișcă cu viteze diferite. O stare staționară (viteză constantă a curgerii în timp) va fi atinsă atunci când forța electrostatică care acționează asupra unui strat arbitrar de lichid este compensată de forțele de rezistență vâscoasă care apar datorită diferenței de viteză de mișcare a straturilor de lichid situate la distanțe diferite. de la suprafata. Ecuațiile hidrodinamice care descriu mișcarea unui fluid la vâscozitatea constantă a fluidului și constanta sa dielectrică pot fi rezolvat exact, rezultatul soluției este distribuția vitezei curgerii:

Aici este valoarea potențialului electric la o distanță de suprafață, unde viteza curgerii fluidului devine zero (așa-numitul plan de alunecare).

Electroforeză
Mișcarea direcționată a particulelor din faza dispersată sub acțiunea unei diferențe de potențial aplicate se numește electroforeză.

Mișcarea electroforetică a particulelor dintr-un electrolit are o natură similară cu electroosmoza: un câmp electric extern antrenează ioni ai părții mobile a EDL, forțând straturile de lichid adiacente particulelor să se miște în raport cu suprafața particulelor. Cu toate acestea, din cauza volumului masiv al lichidului și a dimensiunii mici a particulelor în suspensie, aceste mișcări sunt reduse în absența forțelor externe la mișcarea unei particule într-un lichid staționar. Pentru particulele neconductoare cu suprafață plană în sistemele cu o parte difuză subțire a EDL, viteza de electroforeză coincide cu viteza de alunecare electroosmotică, luată cu semnul opus. Pentru conducerea particulelor sferice, viteza electroforezei poate fi calculat prin ecuația:

unde este conductivitatea electrică a particulei.

26) Structura micelilor solurilor.
Structura unei micele coloidale

Coloizii liofobi au o energie de suprafață foarte mare și, prin urmare, sunt instabili termodinamic; acest lucru face posibil procesul spontan de reducere a gradului de dispersie a fazei dispersate (adică, combinarea particulelor în agregate mai mari) - coagularea solurilor. Cu toate acestea, solurile au capacitatea inerentă de a menține gradul de dispersie - stabilitate agregativă, care se datorează, în primul rând, unei scăderi a energiei de suprafață a sistemului datorită prezenței unui dublu strat electric pe suprafața particulelor din faza dispersată și, în al doilea rând, prezenței obstacolelor cinetice la coagulare sub formă de respingere electrostatică a particulelor de fază dispersate având aceeași sarcină electrică.

AgNO 3 + KI ––> AgI + KNO 3

27) Coagularea solurilor hidrofobe.

Sistemele dispersate hidrofobe se caracterizează prin stabilitatea agregativă cinetică, determinată de viteza procesului de coagulare. Cinetica coagulării este determinată de ecuația Smoluchowski:

unde este numărul total de particule de fază dispersate în timp τ ;

Numărul inițial de particule; - jumătate de timp de coagulare; ^K– constanta vitezei de coagulare.

28) Compuși cu greutate moleculară mare. Structura. Dizolvare și umflare

Soluții de compuși cu greutate moleculară mare (HMW)

Compușii cu greutate moleculară mare sunt substanțe cu o greutate moleculară cuprinsă între 10.000 și câteva milioane de amu.

Dimensiunile moleculelor BMC într-o stare extinsă pot ajunge la 1000 nm, adică comparabile cu dimensiunile particulelor din soluțiile coloidale și sistemele microeterogene.

Punctul de fierbere al VMC este semnificativ mai mare decât temperatura de descompunere, deci există, de regulă, numai în stare lichidă sau solidă.

Macromoleculele DIU sunt formațiuni gigantice formate din sute și mii de atomi legați chimic unul de celălalt.

Toate DIU pot fi împărțite după origine în naturale, formate în timpul sintezei biochimice, și sintetice, obținute artificial prin polimerizare sau policondensare.

În funcție de structura lanțului polimeric, DIU-urile sunt împărțite în liniare, ramificate și spațiale.

La fel ca soluțiile adevărate ale substanțelor cu molecul scăzut, soluțiile HMC se formează spontan și sunt stabile termodinamic. Aceasta este diferența lor față de sistemele coloidale liofobe. Stabilitatea termodinamică se datorează unui raport favorabil dintre factorii de entalpie și entropie.

VMC-urile au o serie de proprietăți caracteristice sistemelor dispersate: sunt capabile să formeze asociați a căror dimensiune este comparabilă cu dimensiunea particulelor de sol (1-100 nm), împrăștie lumina, promovează formarea de emulsii, suspensii și spume, sunt caracterizate prin difuzie și mișcare browniană. În același timp, spre deosebire de solurile liofobe, nu există o eterogenitate în soluțiile DIU, adică. nu există o suprafață interfață mare.

O proprietate specifică unică a DIU este umflarea atunci când interacționează cu un solvent. Umflarea poate fi limitată sau nelimitată. Acesta din urmă duce la dizolvarea polimerului.

Există un număr mare de DIU care se disociază în soluție pentru a forma ioni cu greutate moleculară mare; aceștia se numesc poliadectroliți. În funcție de natura grupărilor polimerice, polielectroliții pot fi cationici, anionici și amfoteri. Acestea din urmă conțin atât grupări acide, cât și bazice. În funcție de pH-ul mediului, ele se disociază ca acizi sau baze. Starea în care sarcinile pozitive și negative dintr-o moleculă de proteină sunt compensate se numește izoelectric, iar valoarea pH-ului la care molecula intră într-o stare izoelectrică se numește punctul izoelectric al proteinei (IPP).

Metodele de producere a sistemelor dispersate prin măcinarea particulelor mai mari sunt numite dispersive. Metodele bazate pe formarea particulelor ca urmare a cristalizării sau condensării se numesc condensare.

Metode de dispersie

Acest grup de metode combină, în primul rând, metode mecanice în care depășirea forțelor intermoleculare și acumularea energiei de suprafață liberă în timpul procesului de dispersie are loc datorită lucrului mecanic extern asupra sistemului. Ca rezultat, corpurile solide sunt zdrobite, abrazive, zdrobite sau despicate, iar acest lucru este tipic nu numai pentru condițiile de laborator sau industriale, ci și pentru procesele de dispersie care au loc în natură (rezultatul strivirii și abraziunii rocilor dure sub acțiunea surfului). forțe, fenomene de maree, procese de intemperii și leșiere etc.).

În condiții de laborator și industriale, procesele luate în considerare se desfășoară în concasoare, pietre de moară și mori de diferite modele. Morile cu bile sunt cele mai comune. Acestea sunt cilindri rotativi cu goluri în care sunt încărcate materialul zdrobit și bile de oțel sau ceramică. Pe măsură ce cilindrul se rotește, bilele se rostogolesc, abrazând materialul care este zdrobit. Mărunțirea poate apărea și ca urmare a impactului cu minge. Morile cu bile produc sisteme ale căror dimensiuni ale particulelor sunt într-un interval destul de larg: de la 2 - 3 la 50 - 70 microni. Un cilindru gol cu bile poate fi pus într-o mișcare oscilativă circulară, ceea ce favorizează strivirea intensivă a materialului încărcat sub acțiunea mișcării complexe a corpurilor de măcinare. Acest dispozitiv se numește moara cu vibrații.

Dispersia mai fină se realizează în morile coloidale de diferite modele, al căror principiu de funcționare se bazează pe dezvoltarea forțelor de rupere într-o suspensie sau emulsie sub influența forței centrifuge într-un spațiu îngust între rotorul care se rotește la viteză mare și partea staționară. a dispozitivului - statorul. Particulele mari suspendate experimentează o forță de rupere semnificativă și sunt astfel dispersate. Tipul de moară coloidă care este utilizat pe scară largă astăzi este prezentat în Fig. 1 (vezi anexa). Această moară constă dintr-un rotor, care este un disc conic 1, așezat pe un arbore 2, și un stator 3. Rotorul este antrenat în rotație de un motor special situat vertical, care efectuează de obicei aproximativ 9000 rpm. Suprafețele de lucru ale rotorului și statorului 4 sunt măcinate între ele, iar grosimea spațiului dintre ele este de aproximativ 0,05 mm. Suspensia grosieră este turnată în moară prin țeava 5 sub discul rotativ de forța centrifugă dezvoltată ca urmare a rotației rotorului, este împinsă prin fantă și apoi îndepărtată din moara prin țeava 6. Când lichidul trece în sub formă de peliculă subțire prin fantă, particulele suspendate în lichid suferă forțe de forfecare semnificative și sunt zdrobite. Gradul de dispersie al sistemului rezultat depinde de grosimea golului și de viteza de rotație a rotorului: cu cât golul este mai mic și viteza mai mare, cu atât forța tăietoare este mai mare și, prin urmare, dispersia este mai mare.

Dispersia ridicată poate fi obținută prin dispersie ultrasonică. Efectul dispersiv al ultrasunetelor este asociat cu cavitația - formarea și trântirea cavităților într-un lichid. Lovirea cavităților este însoțită de apariția undelor de șoc de cavitație, care distrug materialul. S-a stabilit experimental că dispersia este direct dependentă de frecvența vibrațiilor ultrasonice. Dispersia cu ultrasunete este deosebit de eficientă dacă materialul este anterior măcinat fin. Emulsiile obținute prin metoda ultrasonică se disting prin uniformitatea dimensiunilor particulelor fazei dispersate.

Metodele dispersive pentru producerea solurilor includ metoda Bredig, care se bazează pe formarea unui arc voltaic între electrozii unui metal dispersat plasați în apă. Esența metodei este pulverizarea metalului electrod în arc, precum și condensarea vaporilor de metal formați la temperaturi ridicate. Prin urmare, metoda electrică combină caracteristicile metodelor de dispersie și condensare. Metoda electrospray a fost propusă de Bredig în 1898. Bredig a inclus un ampermetru, un reostat și doi electrozi metalici dispersibili într-un circuit de curent continuu cu o putere de 5-10 A și o tensiune de 30-110 V. El a scufundat electrozii într-un vas cu apă, răcit din exterior cu gheață. Structura schematică a dispozitivului utilizat de Bredig este prezentată în Fig. 2 (vezi anexa). Când curentul trece prin electrozii dintre ei sub apă, apare un arc voltaic. În acest caz, în apropierea electrozilor se formează un nor de metal foarte dispersat. Pentru a obține soluri mai stabile, este indicat să se introducă urme de electroliți stabilizatori, precum hidroxizi de metale alcaline, în apa în care sunt scufundați electrozii.

Mai generală este metoda Svedberg, care utilizează o descărcare oscilativă de înaltă tensiune, provocând să sară o scânteie între electrozi. Această metodă poate fi utilizată pentru a obține nu numai hidrosoli, ci și organosoluri din diferite metale.

La zdrobire și măcinare, materialele sunt distruse în primul rând în locurile cu defecte de rezistență (macro și microfisuri). Prin urmare, pe măsură ce măcinarea progresează, rezistența particulelor crește, care este de obicei folosită pentru a crea materiale mai puternice. În același timp, o creștere a rezistenței materialelor pe măsură ce sunt zdrobite duce la un consum mare de energie pentru o dispersie ulterioară. Distrugerea materialelor poate fi facilitată prin utilizarea efectului Rehbinder - o scădere a adsorbției a rezistenței solidelor. Acest efect constă în reducerea energiei de suprafață cu ajutorul agenților tensioactivi, rezultând o deformare și distrugere mai ușoară a solidului. Ca astfel de agenți tensioactivi, numiți în acest caz reductori de duritate, pot fi utilizați, de exemplu, metale lichide pentru a distruge metalele solide, substanțe organice pentru a reduce rezistența monocristalelor organice. Reductoarele de duritate se caracterizează prin cantități mici determinând efectul Rebinder și specificitatea acțiunii. Aditivii care umezesc materialul ajuta mediul sa patrunda in defecte si, cu ajutorul fortelor capilare, faciliteaza si distrugerea solidului. Agenții de suprafață nu numai că contribuie la distrugerea materialului, ci și stabilizează starea dispersată, deoarece, acoperind suprafața particulelor, ei împiedică astfel să se lipească sau să se îmbine (pentru lichide). Acest lucru ajută, de asemenea, la obținerea unei stări foarte dispersate.

Folosind metode de dispersie, de obicei nu este posibil să se obțină o dispersie foarte mare. Sistemele cu dimensiuni ale particulelor de ordinul 10-6 - 10-7 cm se obțin prin metode de condensare.

sistem dispersat mediu omogen