Молекулярно-кинетические свойства дисперсных систем.

Молекулярно-кинетические свойства дисперсных систем обусловлены хаотическим тепловым движением молекул дисперсионной среды, которое складывается из поступательного, вращательного и колебательного движения молекул. Молекулярно-кинетические свойства проявляются в броуновском движении, диффузии, осмосе и седиментационном равновесии.

Броуновским называют непрерывное, хаотическое, равновероятное для всех направлений движение мелких частиц, взвешенных в жидкости или газе, за счет воздействия молекул дисперсионной среды. Находясь в жидкости или газообразной среде, коллоидные частицы, испытывают удары со стороны молекул среды и совершают сложный путь, многократно изменяя направление своего движения. Броуновское движение характеризуется величиной среднего сдвига частицы , который представляет собой изменение координат частицы за определенный промежуток времени. Средний сдвиг частицы при броуновском движении рассчитывается по формуле:

(11),

где:

- время,

r – радиус частиц дисперсной фазы,

N_A – число Авогадро, равное моль^-1,

- вязкость дисперсной среды,

R – универсальная газовая постоянная,

T – температура в градусах шкалы Кельвина.

Диффузией называют самопроизвольное распространение вещества из области с большей концентрацией в область с меньшей концентрацией. Диффузия непосредственно связана с броуновским движением. Количественно диффузия характеризуется коэффициентом диффузии – D. Коэффициент диффузии сферических коллоидных частиц рассчитывается по уравнению Эйнштейна:

(12),

где:

k – константа Больцмана, равная

Чем меньше коэффициент диффузии D, тем продолжительнее процесс диффузии. Коэффициент диффузии D связан со средним сдвигом частицы , эта связь описывается уравнением Эйнштейна-Смолуховского:

(13),

где:

- время диффузии.

Осмос. Осмос характерен как для коллоидных, так и для истинных растворов. При разделении двух растворов различной концентрации или раствора и чистого растворителя полупроницаемой перегородкой (мембраной) возникает поток растворителя от меньшей концентрации к большей. Этот процесс называется осмосом. Движущая сила осмоса – выравнивание концентрации. За счет диффузии жидкость из области с более высокой концентрацией самопроизвольно перемещается в область с меньшей концентрацией. Это перемещение обусловлено тем, что число ударов молекул на мембрану со стороны чистого растворителя больше, чем со стороны раствора. Это избыточное число ударов и является причиной перемещения растворителя через поры мембраны туда, где его меньше, то есть в область коллоидного раствора. В результате перемещения жидкости возникает избыточное давление , называемое осмотическим. Осмотическое давление – это такое избыточное давление над раствором, которое необходимо для исключения переноса растворителя через мембрану, то есть для прекращения осмоса. Осмотическое давление коллоидных растворов рассчитывается по формуле:

(14),

где:

ν_м – массовая концентрация дисперсной фазы,

R – универсальная газовая постоянная,

T – температура в градусах шкалы Кельвина,

r – радиус частиц дисперсной фазы,

ρ – плотность материала частиц,

N_A – число Авогадро, равное

Осмос, как и все молекулярно-кинетические свойства, характерен для высокодисперсных систем, размер частиц дисперсной фазы которых не превышает 0,1 мкм.