Реологические свойства твердообразных систем
Лекции.ИНФО


Реологические свойства твердообразных систем



Для всех этих систем имеется значительный предел текучести Рт.

Хрупкое тело разрушается при Р< Рт (предел хрупкости). Деление твердых тел на упругие, пластичные, хрупкие до известной степени условно, т.к. деформация зависит от условий течения, типа Р, времени действия Р и др. факторов.

Пример хрупких – неорганические бетон, керамика;

пластичных – металлы,

для органических полимеров характерно высокоэластичное и вязкотекучее состояние.

 

Твердообразные системы можно разделить на:

 

Бингамовские небингамовские

 

n=1 n<1, - псевдопластическое твердообразное тело

n>1, пластическое дилатантное тело

 

Общая формула, описывающая течение этих систем, может быть представлена в следующем виде:

 

Р = Рт +h¢ (g¢)n, (4.14)

 

 

их реологические кривые сдвинуты относительно начала координат на Рт:

 

3

 


 


 


Рт р

 


η 2

 


Р

Рис. 4.19. Реологические кривые твердообразных тел

 

 

Твердообразные и жидкообразные тела отличаются не только наличием Рт, но и поведением при развитии деформации. Для твердообразных тел увеличение напряжения сдвига разрушает тело, а у структурированных жидкостей с ростом нагрузки совершается переход к ньютоновскому течению, отвечающему предельно разрушенной структуре.

Имеетеся множество систем с промежуточными структурно-механическими свойствами.

По реологическим свойствам к бингамовским твердообразным системам можно отнести буровые растворы, масляные краски, зубные пасты с небольшим Рт.

Для типично твердообазных тел характерен большой Рт.

Для твердообразных тел с коагуляционной структурой реологические кривые представлены на рис.4.20:

 

 

ƞ

 

 


Рст Рт Ркр Р

 

Рис.4.20. Реологические кривые твердообразных тел с коагуляционной структурой

 

При Рст начинается разрушение структуры. После снятия нагрузки до разрушения структура восстанавливается (тиксотропия) в системах со свободной упаковкой. При плотной1 упаковке этого не происходит.

С увеличением прочности структуры увеличивается Р т, а область текучести сужается. Такие системы обладают свойством формуемости, которое используется в керамических производствах.

 

Реологические свойства твердообразных систем с конденсационно-кристаллизационной структурой

 

В этих системах течение не является типичным свойством, реологические кривые строят в координатах γ= f(P).

 

γ

 

 

 


р1 р2 ркр Р

 

Рис.4.221. Реологические кривые твердообразных тел с конденсационно-кристаллизационной структурой

 

до р1 – закон Гука, р1 – предел упругости

до р2 – пластическое течение твердообразных систем

ркр – предел прочности, разрушение тела

Размеры участков могут быть самыми различными в зависимости от природы и условий испытания. Для керамики, бетона (кристаллическая структура) – участок до р1, полимеры с конд. структурой проявляют релаксационные явления, промежуточные свойства наблюдаются у металлов и сплавов.


Лекция10

Электрические свойства коллоидных растворов (золей)

Электрокинетические явления

Основаны на взаимосвязи между электрическими и кинетическими свойствами дисперсной системы. Делят на прямые и обратимые явления.

 

Прямые возникают под действием внешнего электрического поля (электрофорез, электроосмос).

Обратные связаны при механическом перемещении одной фазы относительно другой, при которых возникает электрический потенциал: протекания или седиментации (оседания).

 

Некоторые особенности переноса в дисперсионной среде впервые были обнаружены профессором Московского университета Ф.Рейссом(*) в 1808 г. при исследовании закономерностей электролиза.


Изображение установок для опытов из статьи Рейсса 1809 г.

Первые электрокинетические явления — электрофорез и электроосмос были открыты профессором Московского университета Ф.Ф.Рейссом (1778 — 1852) в 1807 г.; его статья « Notice sur un nouvel effet de l'électricité galvanique », из которой взяты приведенные схемы, опубликована в 1809 г.

Электроосмос – явление переноса дисперсионной среды через неподвижную капиллярно-пористую перегородку под действием внешнего электрического поля.

 

Для предотвращения взаимодействия продуктов электролиза, Рейсс разделил У-образную трубку диафрагмой из песка. После помещения в трубки электродов, наблюдалось изменение уровня жидкости в разных трубках: перенос жидкости из анодного пространства в катодное.

Электроосмотическое поднятие может быть значительным (при разности потенциалов 100 В подъем Н=20 см).

 

Электрофорез – явление перемещения частиц дисперсной фазы под действием внешнего электрического поля.

 

Был открыт им же в аналогичном эксперименте, роль диафрагмы играла глина. Погрузив во влажный комок глины две заполненные водой трубки, он обнаружил, что после приложения разности потенциалов наряду с подъемом жидкости у катода, в анодном пространстве появляется взвесь частиц.

 

+ -

 

 


Рис.5.1. Экспериментальное обнаружение

электорофореза и электроосмоса в опытах Рейсса

 

 

Обратные электрокинетические явления:

Потенциал течения (протекания) – возникновение разности потенциалов на электродах, расположенных по обеим сторонам диафрагмы при протекании через нее жидкости.

Это явление, обратное осмосу, было обнаружено Квинке(*) (1859).

Диафрагмой в этом опыте может быть глина, песок, графит, дерево и т.д.

 

 


В 1878 г. Дорн(*) открыл потенциал седиментации – при оседании частиц суспензии кварца под действием силы тяжести возникает разность потенциалов на электродах, расположенных на разной высоте.

 

 

 

 


Квинке первым высказал предположение о пространственном разделении зарядов вблизи поверхности.

 

Все электрокинетические явления основаны на наличии ДЭС на границе твердой и жидкой фаз. Возникновение ДЭС происходит вследствие установления адсорбционного равновесия в системе, приводящего к возникновению на поверхности частиц слоя потенциалопределяющих ионов.

 

 

5.2. Механизм образования ДЭС

 

ДЭС возникает вследствие пространственного разделения зарядов, которое может возникнуть разными путями.

 

1. Поверхностная ионизация(переход ионов или электронов из одной фазы в другую).

Переход ионов осуществляется до тех пор, пока не наступит равновесие электрохимических потенциалов ионов в обеих фазах.

 

При погружении металла в раствор его соли в зависимости от концентрации раствора одинаково вероятен как переход ионов металла из кристаллической решетки металла в раствор, так и обратный процесс. И в том и в другом случае на электроде создастся либо избыток, либо недостаток электронов. В связи с этим к электроду притягиваются те или иные ионы. Так на границе электрода с раствором образуются два слоя противоположных зарядов: один на самом электроде, другой в растворе, в непосредственной близости от электрода.

 

Заряд на электроде может возникать и за счет внешнего источника тока. Тогда на одном электроде образуется избыток отрицательных зарядов, и около него сосредотачиваются катионы раствора, а на другом электроде - избыток положительных зарядов, и около него сосредотачиваются анионы. В любом случае на границе между электродом и раствором всегда образуется двойной электрический слой.

 


Ме Меn+

2. Ионизациямолекул вещества твердой фазы - диссоциация поверхностных функциональных групп, например, поликремниевых кислот, образующихся за счет поверхностной гидратации при контакте с водой SiO2:

 

SiO2 + Н2О= Н2SiO3 = Н+ + НSiO3- ( тв. частица «-», среда «+»).

 

3. Адсорбция ионов

 

А) не входящих в кристаллическую решетку:

органические ионы,

ионы с большой адсорбционной способностью: Н+, ОН-, Cl-.

 

Катионы и анионы в силу различия их поляризуемости, гидратируемости и т.д. адсорбируются по-разному. Преимущественная адсорбция одного из ионов на твердой поверхности приводит к образованию ДЭС.

Например, в системе металл - водный раствор NaCl, ионы Cl- адсорбируются сильнее, чем ионы Na+ (при одинаковом заряде ион Cl- имеет больший радиус). В результате, поверхность металла заряжается отрицательно, а прилегающий к ней слой воды - положительно.

 

Особо сильной адсорбционной способностью из водных растворов обладают органические ионы. Так, в лабораторном практикуме часто применяются полистирольные латексы - дисперсии частиц полистирола в воде, получаемые полимеризацией стирола в присутствии ПАВ. Стабилизирующий систему двойной электрический слой на поверхности частиц латекса образуется в результате адсорбции молекул ионогенных ПАВ, например, олеата натрия C17H35COONa.

 

Поверхность кристаллов AgJ, погруженных в воду, приобретает отрицательный заряд, а прилегающий слой воды - положительный, в результате преимущественного перехода в воду ионов Ag+ (они сильнее гидратируются, чем ионы Cl-).

 

 

Б) избирательная адсорбция ионов по правилу Панета-Фаянса.

При погружении кристаллов AgJ в водный раствор солей серебра, например, AgNO3 происходит достройка кристаллической решетки AgJ ионами Ag+ из раствора. В результате чего твердая поверхность заряжается положительно, а прилегающий слой воды за счет избытка там ионов NO3- - отрицательно.

 

Ионы, способные таким образом достраивать кристаллическую решетку солей или металлов, называют неиндифферентными (потенциалопределяющими). Согласно правилу Панета-Фаянса, достраивать кристаллическую решетку могут следующие ионы:

 

а) ионы, входящие в состав кристаллической решетки (как в описанном случае),

б) ионы, образующие с одним из ионов кристаллической решетки трудно растворимые соли. Так, в рассмотренном случае достраивать решетку AgJ могли бы и ионы Cl-, Br-, CNS- и др.

 









Читайте также:

Последнее изменение этой страницы: 2016-03-26; Просмотров: 157;


lektsia.info 2017 год. Все права принадлежат их авторам! Главная