7. КЛАССИФИКАЦИЯ ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ ПО АГРЕГАТНОМУ СОСТОЯНИЮ ФАЗ

мам. Тонкор.исперсными

или

коллоидными

системами:

являются

золи

'

гели,

тонкодисперсные адсорбенты.

струк-

или

наличию пространственнои

По отсутствию

u

туры

(сетки или

каркаса)

дисперсные

системы

могут

быть:

1 )

системами

со

свободными

частицами

дисперс­

ной . фазы - золями

-

коллоидными

растворами

(тогда

их а1'регатное

состояние

определяется дисперсионной сре­

дой); 2) структурированными

системами - геля

и

(студ­

от

среды

нями),

которые.

независимо

дисперсионнои

(в жидкости и

даже

в

газе) обнаруживают твердообраз­

ные свойства, особенно

при

слабых

механических воздей­

ствиях, не

разрушающих

структуру.

Например,

ткани

живых

организмов

обычно

являются

в

большей

или

меньшей

степени

структурированными

дисперсны и

си­

стемами.

При

разрушении

пространственной

структуры.

этц обраsования переходят

в

дисперсные системы со

сво­

бодными

частицами.

Такое

превращение

гель

-+

зол .

является

обратимым

(явление

тиксотропии):

в

покое

структур а

опять

постепенно

развивается в

результате

сцепления

частиц.

взаимодействия

фаз

По

интенсивности молекулярного

образующих дисперсные

системы,

различают

лиофобные

и лиофильные

дисперсные

системы.

В

лиофобных

дис­

персных системах

взаимодействие

на

поверхности

раз­

дела фаз

является

слабым.

В

лиофильных

дисперсных

системах молекулярное взаимодействие между фазами

достаточно

велюю. Лиофильные дисперсные системы воз­

никают самопроизвольно в

виде

двухфазных,

но

пре­

дельно высокодисперсных систем - коллоидных раство­

ров - и в отличие от лиофобных характеризуются значи­

тельной, но не безграничной взаимной растворимостью,

обеих

фаз. В отличие от лиофильных

лиофобные

дис­

персные системы требуют стабилизации, т. е. введениw

вещества,

адсорбирующегося

на

поверхности

частиц

дис­

персной фазы и образующего защитные слои, препят­

ствующие сближению частиц друг с другом.

По

топографическому признаку, наряду с обычнымк

дисперсными системами, в которых дисперсная фаза рас­

пределена в · виде мелких частиц в дисперсионной среде

следует различать пленочные и нитевидные дисперсные

системы.

отмечалось значение перевода в дисперсное

Выше

состояние

веществ

в

процессе

их

применения,

когда

из жидкого состояния за счет

процесса,

называемого

парообразованием.

В частном

случае,

когда

парообразо­

вание происходит

только

с

и,

рро­

поверхности жидкост

цесс носит

·

При переходе

I вещества

название испарения.

критиче­

из жидкого

состояния в газообразное вдали от

ской

температуры

его объем увеличивается во много

раз.

Следовательно,

плотность

пара в этих

условиях

во

много

раз меньше плотности соответствующей

жидкости.

Пере­

ход

веществ

в

·ное

состояние

в ряде

случаев

газообраз

из твердого состоя­

может иметь

место

непосредственно

ния в процессах возгонки

или

сублимации. Однако,

если

процессы испарения

и воз

онки не ограничены

внешними

г

то обратные

"про­

условиями,

в

частности температурой,

, например,

сжижение при пере

ходе

цессы перехода, как

не всегда .

возможны.

При

тем­

газа

в жидкое

,

состояние

может находlfться

пературе

выше

критической вещество

о

в

азообразном состоянии

независимо

от

вели-

тольк

г

чины давления.

выше критической переход

вещестна

При

температуре

из газообразного

состояния в

жидкое

без

изменения

температуры

невозм,ожен.

1В

этих

условиях

вещество

находится

в

сос

т

оянии

перегретого

пара

или

просто

газа. Термином «

пар» обозначают такое

состояние

газа,.

при

котором

последний

может

быть

переведен в

жид­

кое

состояние

ростым сжатием

. без

изменения

темпе-

п

ратуры

.

образом, пар представляет

собой

. .

Таким

газообразное

состояюrе

вещества

при

температуре

его

ниже

крити­

ческой,

аз - выше

критической.

Пар может быть

скон­

г

в

жидкость

без

изменения

емпературь

!

·за

денсирован

т

счет

повышения давления.

Для · газа

это

принципиа.illiно

невозможно.

.: · ·

·

температуру

можно

приближенно

·

вы­

Критическую

числить, пользуясь

правилом Гульдберга

:

(

1 0

)

:

Если

испареtiие

идет

в замкнутом

простра1стве, то

1

при · достаточном

количестве

испаряющегося

вещества

с течением времени

наступает

подвижное,

или динамиче­

ское,.

равновесие

между

паром и

испаряющимся

веще­

ством.

Пар,

находящийся

в равновесии

с

испаряющимся

веществом,

называют

насыщающим

или насыщенным

паром.

нном термине заложена мысль,

что

в опреде­

В

да

ленном

объеме при

соответствующей температуре

не мо­

жет быть

помещена

большая масса вещества

в виде пара.

Другими

словами,

плотность

насыщенного

пара

есть

м

ак

мальная

мотность,

которой

при

да,

нно

темпера­

ои

об

й

т

уре

может

в

газообразном

ладать вещество, находясь

В

связи с изло­

состоянии

. в равновесии с

жидкой

фазой.

ж

ы

м

.с

остояние насыщения

может и

меть

место только

енн

при температурах ниже

.

критической

пары

отличаются

, По

своим

свойствам

насыщенные

от

газов

и

паров,

что

иногда . не

. учитывается

и

может

привести

к

недоразумениям.

пара

стабилыного

Плотность

и давление

насыщенного

химического вещества при

неизменной

темпераrуре нвля­

ю

с

·

п

остоянными

в

еличинами, характерными

констан­

т я

говоря, давление и плотность насы­

тами

веществ.

Иначе

щающего пара

зависят

только

от его температуры.

Т

аким

образом,

давление

насыщающего

пара

не

зависит от

о

бъема.

·

пары

не

подчиняются

закону

Насыщающие

Бойля-

Мариотта.

объема, например,

над жидкостью

При

увеличении

про

т

ее

допол

нительное

испарение

и переход веще­

исходи

; при

уменьшении

объема,

при

сжа­

ства

в

газовую фазу

тии

насыщенного пара -

имеет место

конденсация

,

его

но, давление при

постоянстве температуры не

изменяется.

Давление

и плотность насыщающих

паров резко

уве­

личиваются

с

повышением температуры

.

Увеличение

дав­

ления

происходит

в

большей

степени,

нежели у

газов

и

паров

в

связи

с

тем,

что, помимо роста

скорости

дви­

жения

молекул,

с

температурой

повышается

плотность

насыщающего

пара.

При этом если для

газов и

паров

увеличение

давления

при повышении

температуры на

различных .

интервалах

температуры происходит

одина­

ково

(закон

Шарля), то в

случае насыщенных паров при

высоких температурах рост давления ролее интенсивен.

нежели при низких.

При одной и той же температуре вещества обладают

различным

давлением насыщенного пара, что обусловле­

но различием в силах сцепления между

молекулами

этих

веществ. Этим

же

определяется и

поверхностное

натя­

жение.

например

Скорость испарения вещества в вакууме,

жидкости, чрезвычайно велика. В ничтожные доли се­

кунды могла бы испариться довольно значительная масса

жидкости. Однако в

обычных условиях испарение во

- мно­

гих случаях прои,сх•одит довольно

медленно. Последнее

обусловлено тем, что наблюдаемое нами испарение осу­

ществляется обычно не в пустоту, а в окружающую жид­

кость атмосферу. Образующийся почти мгновенно у по­

вер:х,ности жидкости насыщенный пар медленно, путем

диффузии в воздухе, распространяется по всему осталь­

ному пространству, и только по мере того, как часть пара

диффундирует, на его место испаряется соответствующее

количество жидкости [46]. Наблюдаемая нами

скорость

испарения, таким образом, определяется диффузией пара

в воздухе.

с

побочными процессами дос'ГИжение насы­

В связи

щенного состояния

практически

происходит

довольно

медленно, в особенности в больших объемах и при ма·

лой свободной поверхности испарения. Однако оконча­

тельная плотность насыщенного пара не зависит от при­

сутствия воздуха или другого газа, так как в установ.1е­

нии равновесия участвуют только молекулы испаряющей­

ся жидкости.

растворяющаяся в

данном

веществе,

Всякая примесь,

понижает давление насыщенного пара последнего. В свя­

зи с этим давление пара, а следовательно, и максималь­

ная концентрация паров вещества у химически чистого

продукта всегда больше,

чем у технического.

Разница

зависит как от

содержания

примеси, так и

от ее химиче­

ской природы.

газов

определяется

двумя

независимыми

Состояние

переменными из трех

параметров,

характеризующих газ

(давление,

плотность

и

температура).

Третья

величина

в принципе

может

быть

найдена из

уравнения состояния,

связывающего

три

названных параметра.

Следует иметь

в виду, что

уравнение

состояния имеет

наиболее простой

вид

в случае идеальных газов (уравнение Менделеева­

Клапейрона). Общее же уравнение состояния, пригодное

для

всех

реальных газов, принципиально может быть.

лишь

приближенным [44].

3.

ДАВЛ Е Н И Е ГАЗО В

И Е ГО ИЗМЕ Р Е Н И Е

В зависимости от значения давления

пользуются раз-­

личными

единицами

его измерения. Так, малые

давления

газов

измеряют преимущественно

в торах, давление выше

атмосферного - в атмосферах, миллиметрах ртутного,

столба (мм рт. ст.)

или водяного столба (мм вод.

ст.).

В

метеорологии давление принято измерять в барах или

мм

рт. ст.

Отметим,

что

в английской системе

мер

дав-­

ление

обычно измеряется в фунтах на квадратный дюйм.

В

табл. 4 дано соотношение между некоторыми еди­

ницами давления (округленно).

Если

измеряют

избыток давления, например в ав­

токлаве

или автомаксе, по сравнению с окружающим

атмосферным, то различают избЫ'гочную техническую

атмосферу

(ати) и

абсолютную

техническую

атмосфе­

ру

(ата).

манометрами,

абсолют­

Разности давлений измеряют

ные

дамения, в частности атмосферное,- барометрами..

Градуировка манометров производится одним из двух

способов. Некоторые из них показывают абсолютное дав­

ление. При сообщении с атмосферой стрелка у них стоит

на делении 1 .

или

«ма­

Другие

манометры показывают избыточное,

нометрическое», давление - величину избытка

измеряе­

мого дамения над атмосферным. Если такой манометр

оставить

открытым,

то его стрелка будет стоять

на

деле-­

нии

о .

4.

ДА ВЛ Е Н И Е СМЕС И

ГАЗО В И ПА РОВ

В

дезинфекции обычно имеют дело со смесью

газов._

е,

которое имел

бы каждый из

газ

о

в,

входящих

Дамени

смеси, если бы

газы

были

в

состав

при этом остальные

удалены из о'бъема, занимаемого

смесью

, называется

пар­

ц

'

давлением данного газа. При

постоянной

тем­

иальным

пературе

полное давление смеси нескольких химически

цию газа

(объемную долю)

через

Cv .

Тогда парциаль­

ное давление .интересующего

нас

компонента

Р

будет

равно:

1

( 1 2)

где

Р - давление смеси газов.

Для нахождения массы газа mi , воопользуемся урав­

нением

Менделеева-Клапейрона:

Р

• V =

mi RT

'

( 1 3)

1

1

где

М

М1

- молекулярный вес данного газа;

Т

-

абсолютная температура смеси газов;

R

-

универсалъная газовая постоянная.

Решая

( 13)

относительно·

т1

,

имея

в виду

( 12)

и

подставляя в

( 1 1 ) получим:

T

v

•

С

в

=

R ·

РМ1

С

(

14)

6. ПЛ ОТ НОСТЬ ГАЗО В

Важнейшей

характеристикой

свойств газов

является

их

плотность -

масса

единицы

объема.

Табличные дан­

ные плотностей

газов

обычно

относятся

к нормальным

условиям

(при

температуре 0

°

и давлении 760 мм рт; ст.) .

Помимо этого,

часто используют значения относительной

плотности

газов.

Последняя

представляет собой

отно­

шение плотности

данного газа

к

плотности какого-либо

газа,

принимаемого ,в данном случае за стандарт,

напри­

мер водорода или воздуха, при тех

же условиях. Так как

объемы

всех газов при изменении

давления

и

темпера­

туры

меняются

одинаково,

то относительная

плотность

газа не зависит от условий,

в

которых он находится.

Так как в единице объема,

занимаемого различными

газами при одних и тех же условиях, например

нормаль­

ных,

находится одно и

то же число молекул,

то

плот­

ности

газов пропорциональны их молекулярным

весам.

Пользуясь

последним свойством, при отсутствии таблич­

ных

данных, зная молекулярный

вес газов и

плотность

одного

из

них,

можно

вычислить плотность

остальных.

На

основании закона Бойля-Мариотта при

nостоян­

ной температуре давление газа прямо пропорционально

его плотности.

В процессах дезинфекции в широком

смысле

слова,

в частносm при использовании для данных целей

актив­

но действующих веществ в газообразной

форме,

в объе­

ме всегда имеется смесь

воздуха,

дезинфектанта

и во­

дяного пара. Количество

водяных

паров,

содержащихся

в воздухе, имеет важнейшее значение для интересующих

нас процессов.

Количество водяных паров в воздухе обычно выра­

жают при помощи следующих основных величин:

а) парциальное давление водяного пара, которое

обычно

выражают

в миллибарах (1

мб = О,75

мм

рт. ст.) - е;

б) абсолютная влажность воздуха - количество во­

дяных паров в 1 м3

воздуха, выраженное в граммах - а;

в) относительная влажность r воздуха - оо,ношение

давления

водяного

пара,

содержащегося в

воздухе,

к давлению насыщающего водяного пара

(максимальной

упругости водяных паров) - Е при той же температуре,

выраженное в процентах:

r = 100 % .

Е

Если в объеме имеется насыщенный водяной пар, то

относительная влажность составляет 1001% О11носитель­

ная влажность, например

•50 % ;

означает, что парциаль­

ное давление водяного пара равно половине давления

насыщенного пара при данной температуре. Таким обра­

зом,

относительная

влажность

характеризует

степень

насыщения объема водяными парами, а поэтому будет

определять скорость испарения влаги.

пары, гер­

Если пространство,

где

находятся

•водяные

метично,

то, изменяя

его

температуру,

можно

менять

относительную влажность

воздуха. При

понижении тем­

пературы

относительная

влажность

будет

возрастать,

достигая 10Q %: при температуре, соответствующей точ­

ке ,росы.

Наоборот,

при повышении температуры

воздуха

его

относительная влажность будет

понижаться.

3 *

35

На основании уравнения Менделеева - Клапейрона

имеем:

та

R · T

Ра · Vr

к,

(1 6)

где

= Ма

- объем газовой фазы в камере;

Vr

та

и М8- соответственно масса введенного в камеру

Т

активного компонента и его молекулярный

вес;

- абсолютная температура газов в камере;

к

газовая постоянная.

R - универсальная

Имея в виду уравнение

( 1 6) ,

найдем,

что

Са =

Ма

Р

8

( 1 8)

Из ( 1 5) : .

RТк

•

( 1 9)

Подставляя значение Ра из

( 19) в

( 1 8) , окончатель­

но получим:

(20)

Зная ·молекулярный вес компонента,

вводимого

в

ка­

меру Ма , измерив остаточное давление

воздуха в

каме­

ре Рв перед впуском

в нее активного

вещества, опре­

делив абсолютную температуру в камере

Тк , в дальней­

шем для

нахождения

концентрации действующего ком­

понента

Са

остается

измерять

давление

в камере

Рк·

Последнее может быть легко осуществлено с помощью

манометра. ·

ный вес М1 , то, объединяя постоянные величины, вхо­

дящие в уравнение (2 1),

можем написать:

где

(22)

RТк .

К =

Ма

Графически зависимость

Рк = f ((:: А ) , описываемая

уравнением (22), будет

изображаться прямой, отсекаю­

щей отрезок на оси ординат, величина которого будет

определяться остаточным давлением воздуха в камере

при ее эвакуации перед

впуском активного компонента

или, что тр же, парциальным давлением воздуха в ка­

мере

Р0 •

Таким образом, график будет иметь следую­

щий вид

(рис. 3).

В том случае, когда обработка материалов в камере

будет производиться при иной температуре или с исполь­

зованием

иного активного вещества, прямая, характери­

зующая

зависимость давления в камере

от концентра­

ции активного

компонента изменит свой

наклон по от­

ношению

к оси

абсцисс (рис. 4 и 5).

Г n II в 11

РАСТВОРЫ

состоянию системы при условии молекуля,рной степени

дисперсности

компонентов.

Например.

газовые смеси.

растворы газов, жидкостей и твердых тел в жидкостях.

а также растворы газов в твердых телах или смешанные

кристаллы представляют собой частный случай системы.

носящей название раствора.

Особенностью растворов является то, что при сколь­

ко угодно большом сроке их выдерживания не происхо­

дит самопроизвольное J!азделение компонентов. Наобо­

рот, если система была неоднородной по своему составу.

ro в результате диффузии

состав раствора обычно с те­