Диспергирование жидкостей
Для диспергирования жидкостей и получения мелких капель в аэрозолях и эмульсиях используют преимущественно механические методы: встряхивание, быстрое перемешивание, сопровождаемое кавитационными разрывами, воздействие ультразвука. Применяют также распыление при быстром течении жидкости через тонкие отверстия.
Процессы диспергирования жидкостей имеют большое прикладное значение в энергетике – для обеспечения эффективного сжигания жидкого топлива; в медицине – при приготовлении эмульсионных систем.
Диспергирование газов
Для получения газовых пузырьков в жидкости применяют несколько вариантов диспергирования:
1) барботирование–прохождение газовой струи через жидкость с достаточно большой скоростью;при этом струя становится неустойчивой и начинает дробиться на отдельные небольшие пузырьки;
2) одновременное течение жидкости и газа через устройства, которые смешивают эти потоки,в результате чего формируются газовые пузырьки; в качестве диспергирующих устройств используют пористые перегородки, узкие трубки, мембраны, сопла и т.п.
Процессы диспергирования активно протекают в природе. Приливно-отливные явления океанов и морей, разрушающее действие прибоя, резкие колебания температур, ветер и другие явления развивают колоссальные силы, которые дробят горные породы до дисперсных частиц. Постоянное действие ледников и рек также приводит к интенсивным процессам измельчения слагающих пород.
Мощным фактором механического диспергирования является расширение воды при ее замерзании. Проникая глубоко в трещины породы и замерзая там, вода вызывает дробление ее на частицы различного размера (в том числе и коллоидного).
Громадные массы осадочных отложений, которые мы встречаем в природе – это результат длительного диспергирования твердых горных образований.
Конденсационные методы
Эти методы позволяют получить дисперсные частицы с любыми размерами, в том числе и 10–8– 10–9м. Поэтому они широко применяются в нанотехнологиях, коллоидной химии. Различаютметоды физической конденсациииметоды химической конденсации. И в том, и в другом случае дисперсные частицы образуются в виде новой фазы из исходной гомогенной среды. Общим условием для их возникновения является состояние пресыщения раствора или пара, которое достигается изменением параметров равновесной системы (температуры, давления). Чем больше возникает в исходной системе зародышей новой фазы и чем меньше скорость их образования, тем выше степень дисперсности получаемых частичек.
Методы физической конденсации
Конденсацией паров различных веществ в газовой среде получают аэрозоли.В природных условиях таким образом образуются туман, облака.Совместной конденсацией нерастворимых друг в друге веществ можно получать лиозоли, например, коллоидный раствор натрия в бензоле.
Лиозоли металловполучают и с помощью электрического метода. Сущность его заключается в образовании вольтовой (электрической) дуги между электродами из металла, которые погружены в охлаждаемую жидкость с высокой диэлектрической проницаемостью (например, в Н2О). В дуге под действием высокой температуры металл электродов испаряется, а затем его пары конденсируются в жидкости с образованием коллоидных частиц (рис. 50).
Рис. 50. Схема прибора для электрического диспергирования: 1 – металлические электроды; 2 – сосуд с охлаждаемой водой
Для получения твердых дисперсных частиц с помощью кристаллизации из раствора используют метод замены растворителя. Он заключается в том, что истинный раствор вещества при постоянном перемешивании приливают к растворителю, в котором исходное вещество практически нерастворимо. Возникающее пресыщение приводит к образованию дисперсных частиц.
Так, если спиртовой раствор канифоли небольшими порциями прибавлять в Н2О, то образуется коллоидный раствор канифоли в воде. В данном случае спирт хорошо смешивается с Н2О, а канифоль плохо в ней растворяется и поэтому выделяется в виде высокодисперсной фазы. Кроме канифоли, этим методом можно получить золи серы, фосфора, мастики и т.п.
Растворители, используемые в данном методе, должны неограниченно смешиваться друг с другом.