2. Диспергационные методы получения дисперсных систем

Диспергирование твердых материалов.Измельчение макроскопических образцов до дисперсных частиц (от 1мкм и выше) Для диспергирования тв. тел используют механические(дробление, истирание и тд.), электрические (распыление в электрическом поле) методы и взрывы.

Самый распространенный способ – механическое измельчение, эффективен для хрупких (минералов, керамика, стекло). Механическое диспергирование пластичных материалов до достижения мелких р-в требует очень больших энергетических затрат.

Ультразвуковое диспергирование с частотой колебаний порядка 200тыс ГЦ. Применяют для диспергирования тв. материалов, помещенных в жидкость.

Электрогидравлическое диспергирование. Основано на действии разряда высокого напряжения в диэлектрической жидкой среде. При данном методе используют вольтову дугу между электродами из диспергационного материала, которые перемещены в воду. Высокая температура дуги приводит к распылению металла в виде очень мелких частиц.

К числу диспергационных методов относится коллоидно-химический процесс, называемый петизацией или дезагрегацией ( распад структуры на образующие ее частицы при промывании осадка достаточным количеством жидкости или по действием спец. веществ(пептизаторов)).

Диспергирование жидкости. Для диспергирования жидкости и получения мелких капель в аэрозолях и эмульсиях используют преимущественно механические методы: встряхивание; быстрое перемешивание, сопровождаемое кавитационными разрывами; воздействие ультразвука; распыление при течении жидкости через тонкие отверстия.

Диспергирование газов. Для получения газовых пузырьков в жидкости применяют несколько вариантов диспергирования:

1.Барботирование-прохождение газовой струи через жидкость с достаточно большой скоростью при которой струя становится неустойчивой и начинает дробиться на отдельные небольшие пузырьки;

2.Одновременное течение жидкости и газа через устройства, которые смешивают эти потоки; при этом формируются газовые пузырьки; В качестве диспергирующих устройств используют пористые перегородки, узкие трубки, мембраны, сопла и тд. Пример: газ+вода+корабль – пузырьки лопаются, плотность воды падает, следовательно корабль тонет.

3. Конденсационные методы получения дисперсных систем

Физические конденсационные мтды. Основной принцип получения дисперсных частиц новой фазы из пара (при конденсации) или из жидкости (при кристаллизации).

Методы молекулярных пучков. Исходные вещества помещают в вакуумную камеру с узким выходным отверстием (диафрагмой), после нагревания до достаточно высокой температуры, вещество испаряется. Проходя через диафрагму испарившиеся частицы образуют молекулярный пучок. Его направляют на подложку, на поверхности которой происходит конденсация пара с образовании ем дисперсных частиц или тонкого покрытия (примерно 10нм).

Аэрозольный метод. Ме испаряются в разряженной атмосфере инертного газа при понижении Т пары конденсируются и образуются дисп-е металлические частицы от 1-3 до 100 нм.

Распылительная сушка. На 1-ой стадии раствор дланного в-ва (NaCl) диспергируют на мелкие капли потоки нагретого газа (воздуха). При умеренных температурах газа происходит испарение растворителя и продуктом процесса является порошок из дисп-х частиц соли. При достаточно высоких Т-х наряду с испарением р-ля может произойти термическое разложение соли и исходным продуктом будет оксидный порошок.

Криохимический синтез. Основная особенность этого мтда заключается в том, что сначала Ме испаряют в потоке инертного газа (Ar или ксенон) при интенсивном нагреве, катодном распылении с помощью электроразрыва или другим способом. Далее идет конденсация паров металла на поверхности подложки (субстрата) при низких Т или сверхнизких Т в большом избытке (в 1000чи раз) и инертного газа. В рез-те на подложке образуется наночастица. Оч. Низкие Тры в сочетании с сильным разбавлением препятствует диффузии наночастиц.

Плазменный метод. В инертной атмосфере (или с некоторой примесью Н2) создают электрическую (вольтову) дугу. Анод – испаряемый материал. Через анод идет струя пара, в которой создается Т до 7000К. За пределами дуги Т ниже, в рез-те чего происходит очень высокое пересыщение металлического пара, что приводит к его конденсации в виде наночастиц.

4)Закон Эйнштейна-Смолуховского, броуновское движение.

Броуновское движение – хаотическое, непрерывное движение дисперсных частиц в дисперсионной среде. Броуновское движение дисперсных частиц является следствием огромного количества беспорядочных ударов со стороны молекул дисперсионной системы. Броуновское движение является следствием и свидетельством существования теплового движения.Суть явления: Броуновское движение происходит из-за того, что все жидкости и газы состоят из атомов или молекул — мельчайших частиц, которые находятся в постоянном хаотическом тепловом движении, и потому непрерывно толкают броуновскую частицу с разных сторон. Было установлено, что крупные частицы с размерами более 5 мкм в броуновском движении практически не участвуют (они неподвижны или седиментируют), более мелкие частицы (менее 3 мкм) двигаются поступательно по весьма сложным траекториям или вращаются. Если же тело мелкое, как броуновская частица, то становятся заметны флуктуации давления, которые создают заметную случайно изменяющуюся силу, приводящую к колебаниям частицы. Броуновские частицы обычно не тонут и не всплывают, а находятся в среде во взвешенном состоянии. Так как нельзя точно прогнозировать место, где окажется частица за время t, то находят наиболее вероятное (среднеквадратичное) расстояние I(с чертой на верху).Количественной оценкой броуновского движения является среднеквадратичный сдвиг. Чаще всего среднеквадратичное смещение определяют на основании коэффициента диффузии по формуле Эйнштейна – Смолуховского:

I²=2D*t; D- коэффициент диффузии; t – время смещения дисперсной частицы.

Коэффициент диффузии равен массе вещества, перенесенного вследствие диффузии через единицу площади поперечного сечения стационарного диффузионного потока за единицу времени под действием единичного градиента концентрации (gradC=-1г/см⁴)

Для сферической частицы радиусом r определяется ф-лой Эйнштейна:

Kb-константа Больцмана, Т-температура, ню-вязкость дисперсионной среды.

Примеры: движение мелких крупинок краски, растворенной в воде, частицы пыли и дыма в газе и т.д.

1.Броуновского движение ограничивает точность измерительных приборов. Например, предел точности показаний зеркального гальванометра определяется дрожанием зеркальца, подобно броуновской частице бомбардируемого молекулами воздуха.

2. Законами Броуновского движения определяется случайное движение электронов, вызывающее шумы в электрических цепях. Диэлектрические потери в диэлектриках объясняются случайными движениями молекул-диполей, составляющих диэлектрик. Случайные движения ионов в растворах электролитов увеличивают их электрическое сопротивление.