Движение частиц в дисперсных системах

В свободнодисперсных системах с газовой и жилкой дисперсионной средой (аэрозоли, коллоидные растворы, газовые эмульсии, мицеллярные растворы поверхностно-активных веществ) дисперсные частицы не фиксированы в каких-либо позициях. Напротив, они перемешаются; кроме того, частицы могут вращаться и совершать колебания с разной амплитудой. Подвижность дисперсных частиц, особенно высокои ультрадисперсных, представляет собой фундаментальное свойство свободнодисперсных систем.

Движение дисперсных частиц обусловлено различными факторами и зависит главным образом от их размера. Высокодисперсные частицы благодаря своим малым размерам активно участвуют в броуновском движении.

Броуновское движение дисперсных частиц рассматривают как проявление молекулярно-кинетических свойств дисперсных систем.

Другое молекулярно-кинетическое свойство — диффузия дисперсных частиц — процесс переноса частиц вследствие различия их концентрации в разных областях дисперсной системы Диффузия приводит к постепенному выравниванию концентрации частиц. В соответствии со вторым началом термодинамики диффузия сопровождается увеличением энтропии дисперсной системы.

Крупные дисперсные частицы (твердые частицы, капли, газовые пузыри) в броуновском движении практически не участвуют. Соответственно грубодисперсные системы не обладают молекулярно-кинетическими свойствами. Именно на этом отличии базируется классификация дисперсных систем на высокодисперсные и грубодисперсные.

Основной причиной движения крупных дисперсных частиц служит различие плотностей дисперсной фазы (с_d) и дисперсионной среды (с₀). Если плотность дисперсной фазы больше (с_d > с₀), частицы постепенно оседают под действием силы тяжести. Этот процесс называют седиментацией. Более легкие дисперсные частицы (при условии с_d < с₀), напротив, постепенно всплывают вверх. Этот процесс называют обратной седиментацией

Перемещение дисперсных частиц происходит и под действием других внешних сил. В коллоидной химии важную роль играет движение заряженных частиц в электрическом поле. Такое движение называют электрофорезом.

Отдельную группу составляют перемещения дисперсных частиц, которые происходят вместе с движущейся дисперсионной средой. Такие потоки называют двухфазными. Они существенно отличаются от однофазных потоков газа или жидкости. Например, присутствие в жидкости даже небольшого количества дисперсных частиц приводит к возрастанию вязкости дисперсной системы по сравнению с вязкостью дисперсионной среды.

Рассмотрим теоретические закономерности разных форм движения дисперсных частиц.