Даниловская Л. П. / Лекция 18. Суспензии
.docxЛекция 18 КХ21.
Тема лекции: «Микро-гетерогенные системы. Свойства суспензий»
Содержание темы: «Классификация суспензий. Методы получения и основные свойства. Области применения суспензий».
Суспензии
— это микрогетерогенные системы, в которых дисперсная фаза – это твердые частицы, а дисперсионная среда – жидкость (Т/Ж). Иначе: суспензия – это взвесь порошка в жидкости.
Суспензии — это дисперсные системы, в которых дисперсной фазой (ДФ) являются частицы твердого вещества размером более 10-5 см (100нм).
Формально суспензии от коллоидных растворов отличаются только размерами частиц дисперсной фазы. Размеры твердых частиц в суспензиях могут быть на несколько порядков больше, чем в коллоидных растворах (лиозолях). Это количественное различие обусловливает чрезвычайно важную особенность суспензий: в большинстве суспензий частички твердой фазы не участвуют в броуновском движении. Поэтому свойства суспензий существенно отличаются от свойств коллоидных растворов.
Суспензии классифицируются по нескольким признакам:
1. По природе дисперсионной среды: органосуспензии (дисперсионная среда -- органическая жидкость) и водные суспензии.
2. По размерам частиц (d – диаметр) дисперсной фазы:
- грубые суспензии (d> 10-2 см),
- тонкие суспензии (5×10-5<d <10-2 см),
- мути (1×10-5<d <5×10-5 см).
3. По концентрации частиц дисперсной фазы: разбавленные суспензии (взвеси) и концентрированные суспензии (пасты).
В разбавленных суспензиях частицы свободно перемещаются в жидкости, сцепление между частицами отсутствует и каждая частица кинетически независима. Разбавленные суспензии — это свободнодисперсные бесструктурные системы. Отсутствие структуры в разбавленных суспензиях и наличие ее в концентрированных обусловливает резкое различие в свойствах этих систем.
В концентрированных суспензиях (пастах) между частицами действуют силы, приводящие к образованию определенной структуры (пространственной сетки). Таким образом, концентрированные суспензии - это связнодисперсные структурированные системы. Пасты – это концентрированные суспензии или осадок, который образовался в результате потери седиментационной устойчивости суспензией. Жидкость при этом имеет повышенные вязкость и температуру кипения. Например, зубная паста – это частички измельченного мела в вязкой дисперсионной среде. Пасту получают путем варки крахмала в глицериновом водном растворе с добавкой моющих средств, антисептиков, дезодорантов и других компонентов.
Методы получения суспензий.
Суспензии, так же, как и любую другую дисперсную систему, можно получить двумя группами методов: со стороны грубодисперсных систем - диспергационными методами, со стороны истинных растворов - конденсационными методами.
Наиболее простым и широко распространенным как в промышленности, так и в быту методом получения разбавленных суспензий является взбалтывание соответствующего порошка в подходящей жидкости с использованием различных перемешивающих устройств (мешалок, миксеров и т. д.). Для получения концентрированных суспензий (паст) соответствующие порошки растирают с небольшим количеством жидкости.
Суспензии отличаются от лиозолей (коллоидных растворов с жидкой диспнерсионной средой) только тем, что частицы в них на несколько порядков больше. Поэтому все диспергационные методы, которые используются для получения золей, можно применять и для получения суспензий.
Суспензии образуются также в результате коагуляции лиозолей. Следовательно, способы осуществления коагуляции — это одновременно и методы получения суспензий.
Суспензии очищают от примесей растворенных веществ диализом, электродиализом, фильтрованием, центрифугированием.
Оптические свойства разбавленных суспензий.
Световая волна, проходя через суспензию, может поглощаться (тогда суспензия окрашена), отражаться от поверхности частиц дисперсной фазы по законам геометрической оптики (тогда суспензия выглядит как мутная). Только в высокодисперсных суспензиях - мутях (d <5×10-5 см) может наблюдаться светорассеяние.
В оптический микроскоп видны частицы, размер которых не менее 5×10-5 см, что соответствует большинству разбавленных суспензий.
Молекулярно-кинетические свойства суспензий различаются в зависимости от размеров частиц суспензий. Для мелких частиц диаметром 10-4 – 10-5 см наблюдается седиментационно-диффузионное равновесие. Для более крупных частиц диаметром 10-4 – 10-2 см броуновское движение практически отсутствует. Поэтому для них характерна быстрая седиментация и для них применим седиментационный анализ.
Электрокинетические свойства суспензий подобны аналогичным свойствам гидрозолей (коллоидных растворов) и обусловлены наличием заряда на поверхности частиц дисперсной фазы. В суспензиях проявляются все 4 вида электрокинетических явлений. Наиболее широкое применение нашел электрофоретический метод нанесения частиц ДФ суспензии краски с целью создания защитных покрытий на разнообразных поверхностях.
Суспензии применяют:
- в строительной технологии – бетон, штукатурка, пульпа;
- в производстве пластмасс (растворы высокомолекулярных полимеров), керамики (взвесь глины в воде), бумаги (суспензия частиц древесины с различными добавками).
Суспензиями являются: краски, тесто, овощные и фруктовые соки и др.
Сточные воды многих предприятий являются суспензиями. Для очистки сточных вод агрегативную и седиментационную устойчивость суспензий необходимо резко снизить – это достигается коагуляцией и седиментацией.
Вопросы 1 – 8 для самоконтроля к лекции 18 КХ21 по теме: «Микро- гетерогенные системы. Свойства суспензий»
Какие дисперсные системы называют суспензиями?
Какой размер имеют частицы дисперсной фазы в суспензиях? Участвуют ли они в броуновском движении?
По каким признакам классифицируют суспензии? Чем отличаются взвеси и пасты?
Как получают суспензии?
Могут ли суспензии, как и коллоидные растворы, рассеивать свет?
Для каких суспензий характерна быстрая седиментация?
Какое из электрокинетических свойств суспензий нашло наиболее широкое применение в технике?
Приведите примеры суспензий, с которыми мы сталкиваемся часто или ежедневно.