7.2. Диффузия в коллоидных системах.

Диффузией называется самопроизвольный протекающий в системе процесс выравнивания концентраций ионов, молекул или коллоидных частиц под влиянием теплового хаотического движения. Частицы способны передвигаться из области с большей концентрацией в сторону с меньшей концентрацией. Диффузия заканчивается с достижением равномерного распределения частиц по всему объему.

Фик(1855)-первый закон диффузии:

=-D *S

m-количество продиффузированного вещества

D-коэффициент диффуии, зависящий от свойств диффузирующих частиц и среды

-градиент концентрации (изменение концентрации dc на расстояние dx).

−площадь, через которую идет диффузия.

−продолжительность диффузии

Знак «-» поставлен, потому что имеет отрицательное значение, т.к. с увеличением значения Х значение С уменьшается.

Установимо, что:

D=

𝜼-коэффициент вязкости дисперсионной среды

r-радиус частицы

Чем больше частица, тем меньше скорость диффузии

Чем ниже вязкость и выше температура, тем выше коэффициент диффузии и тем выше скорость диффузии.

7.3 Седиментация.

Частицы вещества находятся под влиянием двух противоположно направленных сил: сил диффузии и сил тяжести. Силы тяжести заставляют частицы оседать на дно сосуда.

В зависимости от того, какие силы в системе преобладают, происходит:

1. Оседание частиц под действием сил тяжести – седиментация.

2. При равенстве сил тяжести и диффузии наступает седиментационное равновесие.

3. В случае преобладания сил диффузии происходит полное выравнивание концентрации во всем объеме системы.

При седиментационном равновесии скорость седиментации равна скорости диффузии, т.е. через единицу поверхности сечения в единицу времени проходит вниз столько же оседающих частиц, сколько их проходит вверх за счет диффузии.

Седиментационное равновесие характеризуется постепенным уменьшением концентрации частиц от нижних слоев к верхним и это убывание подчиняется закону Лапласа:

При увеличении столба золя в арифметической прогрессии концентрация частиц убывает в геометрической прогрессии. Эту закономерность впервые экспериментально исследовал Перрен на гулиминовых частицах.

Т.о. седиментационное равновесие – равновесие частиц по высоте в поле земного тяготения.

Для систем с частицами, более крупными, чем коллоидные, наблюдается седиментация:

Скорость оседания 𝜗= ,

где r-радиус частиц,

d1-d2-соответственно плотность диспергированного вещества в растворе

𝜼-вязкость среды,

g-ускорение тяжести.

Чем крупнее частица, тем с большей скоростью происходит оседание.

На определении скорости седиментации основан метод седиментационного анализа. Определив скорость оседания частиц, можно определить их размер.

Т.к. оседание коллоидных частиц под действием силы тяжести происходит медленно, то седиментационный анализ к ним неприменим.

7.4. Осмос. Осмотическое давление.

Осмотическое давление-одно из колиготивных свойств разбавленных растворов неэлектролитов. Колиготивное свойство – общее свойство растворов, которое зависит от концентрации и не зависит от природы растворенных веществ. К ним относятся: давление пара растворителя под раствором, t замерзания и кипения, осмотическое давление.

Осмос – самопроизвольный односторонний переход растворителя через полупров. мембрану из раствора с меньшей концентрацией в раствор с большей концентрацией.

Для количественной характеристики осмотического давления, которое характеризуется разностью столбов жидкости (h), законом Вант- Гофа:

Pосм=CRT.

Pосм= RT= RT

Из уравнения следует, что осмотическое давление пропорционально числу молекул ионов в единицу объема раствора. Коллоидные частицы обладают большей молярной массой (М), чем низкомолекулярные вещества. Отсюда в единицу объема содержание коллоидных частиц намного меньше, чем в истинных растворах низкомолекулярных частиц. Отсюда осмотическое давление в золях очень мало по сравнению с осмотическим давлением в истинных растворах.

Коллоидные растворы характеризуются чрехвычайгл мадым понижением упругости пара, ничтожными (не поддаются опытным измерениям) величинами понижения t замерзания и повышения t кипения.