Лабораторные работы и задачи по коллоидной химии - Фролов Ю. Г.
Скачать (прямая ссылка):
Решение. Распределение частиц по высоте при установлении диффузионно-седи-мент ациоиного равновесия описывается гипсометрическим уравнением (III. 12):
1п \ _ 0*(Р-РО)А
где V — объем частицы, равный для сферических частиц 4/зЯ'"3.
Согласно условию задачи Ук = Vo/e и 1п^Д?о =—1. С учетом этого выражение для радиуса частиц принимает вид
,= з/-ЗМ_ ° /
V 4Я?/г(р-р0) V
3- 1,38- 10 23-293
4 • 3,14 • 9,81 • 8,56 ¦ 10 2 - (19,3 — 1) - 103
= 3,98-10 9 м = 3,98 нм
3. Рассчитайте осмотическое давление 30 %-ного (масс.) гидрозоля БЮ2 при 293 К, если удельная поверхность частиц 5уд = 2,7-105 м2/кг. Плотность . частиц гидрозоля р = 2,2 г/см3, плотность среды р0 — 1,15 г/см3. Т
103
Решение. Осмотическое давление в дисперсных системах рассчитывается по уравнению Вант-Гоффа (III. 10),
я = ^Г = — кТ
171
где с — массовая концентрация частиц; т — масса одной частицы. Рассчитываем массовую концентрацию дисперсной фазы:
0,3 0,3 ,ло_ ,3
— --= 402,7 кг/мл
~ 0,3/р + 0,7/ро [0,3/2,2 • 103 + 0,7/1,15 • 10: Для сферических частиц
Поскольку вуд =-т—, то й =-. Тогда
ар 5удр
36« _ 36-3,14 _и9.10-«кг
-уд!-
Рассчитываем осмотическое давление:
-3 -2 (2,7- 105)3 -(2,2-103)2
402'7 -1,38-10 23-293= 1,37-103 Н/м2
1,19- 10 21
4. Частицы бентонита дисперсностью О = 0,8 мкм-1 оседают в водной среде под действием силы тяжести. Определите время оседания п на расстояние /г = 0,1 м, если плотность бентонита р = 2,1 г/см3, плотность среды р0 = 1,1 г/см3, вязкость среды т) = 2-10—3 Па-с. Во сколько раз быстрее осядут частнны на то же расстояние в центробежном поле, если начальное расстояние от оси вращения ха = 0,15 м, а скорость вращения центрифуги п — 600 об/с.
Решение. Скорость оседания частиц с рздиусотп с в сплошной среде при соблюдении закона Стокса (III. 2) выражается уравнением
т„ 9г|
откуда
9г|/г4?>2 „ 1
- — где ?> =
2(р-Ро)г' 2г
9-2 - 10~3-0,1 -4- (8- 105)2
2 • (2,1 — 1,1) • 103 • 9,81
= 2,35- 105 с
Для частиц, оседающих в центробежном поле, справедливо соотношение (III. 6):
" ха 9г|
где х = х0 + к; а> = 2лп — угловая скорость вращения центрифуги. Время оседания в центробежном поле составит:
— 9т*1п (*° + кУх° ' АГ>2 Х2~~ 2 (р - р0) 4я2/г2 ~~
= 9'2' Ю~3' 1п (0Л5 + 0,К))/0,15-4-(8 - 105)2 _
2 • (2,1 - 1,1) • 103 • 4 • (3,14)2 • 6002 — ' С
Искомое соотношение равно
т, 2,35 • 105
0,83
= 2,83 • 105
5. Рассчитайте толщину диффузного ионного слоя Я на поверхности частиц сульфата бария, находящихся в водном растворе ЫаС1 концентрацией 25 мг/л. Относительная диэлектрическая проницаемость раствора прн 288 К равна е = *82,2.
104
Решение. Толщина диффузного ионного слоя рассчитывается по уравнению (III. 16):
ee0RT 2F2I
где электрическая постоянная е0 =• 8,85-Ю-12 Ф/м, постоянная Фарадея Б = = 96 500 Кл/моль, ионная сила раствора / = — ^ с^г2 (с — концентрация в моль/м3).
I
Для электролита 1ЧаС1 ионная сила равна:
/ = у(с-12 + с12)=с
Выразим концентрацию раствора ЫаС1 в моль/м3:
с = = _|5_ = 0,428 УН 58,44
Следовательно, / = 0,428. Рассчитываем толщину %:
82,2-8,85-10 12 • 8,31- 288 _8 ,,77
-== 1,477- 10 м= 14,77 нм
2 • 96 5002 • 0,428
6. Рассчитайте электрокинетнческий потенциал на границе водный раствор — пористая стеклянная мембрана по данным электроосмоса: сила тока / = 3-10_3 А, за время 60 с переносится 0,63 мл раствора, вязкость дисперсионной среды г) = 10~3 Па-с, относительная диэлектрическая проницаемость среды е = 80,1. Электрическое сопротивление мембраны с дисперсионной средой Ri = 4500 Ом, а сопротивление мембраны, заполненной 0,1 М раствором KCl, составляет R2 = 52 Ом. Удельная электропроводность 0,1 М раствора KCl равна xkci = 1,167 См-м-1.
Решение. Электрокинетический потенциал рассчитывается по формуле (III. 18):
Vf\K
/ее0
Объемная скорость переноса среды v при электроосмосе составит: -¦- 6'3-10"7 = 1,05-10"8 м3/с
60
Удельная электропроводность раствора в порах мембраны складывается из* объемной электропроводности ку и поверхностной проводимости У.з, т. е. X = У.у + и*. Электрическое сопротивление мембраны с дисперсионной средой равно
V 1 5
где к—постоянная мембраны.
Если пористая мембрана заполнена 0,1 М раствором КС], то поверхностной проводимостью можно пренебречь и сопротивление мембраны будет равно
Я2
Следовательно Отсюда
RlX = k = Я2ХКС,
!*KCi-ff— l'167-lio = 1.35-10 2 См-м"1
и электрокинетический потенциал равен
1,05-10 8- 10 3 - 1,35 - 10~2 3- 10~3-80,1 -8,85. Ю-12
= 0,066 В
105
7. Рассчитайте электрокинетический потенциал на границе керамический фильтр — водный раствор KCl, если при протекании раствора под давлением р = 3,1-104 Па потенциал течения составил U = 1,2-10~2 В. Свойства дисперсионной среды при 298 К: удельная электропроводность % = 0,141 См-м"1 (0,01 М раствор KCl), вязкость т| = 8,94• 10"4 Па-с, относительная диэлектрическая проницаемость г = 78,5.
Решение. Зависимость потенциала течения от приложенного давления и свойств дисперсной системы выражается соотношением
