Билет № 52: Структурно – механические св-ва дисперсных систем. Понятие о деформациях, прочности, пластичности

В осн. рассмотрения структурно- механических свойств лежит представление о деформациях структуры.

Деформация – это изменение расстояния м/у 2-мя произвольно выбранными точками в теле под действием внешней нагрузки.

γ = (∆х/ х),

где ∆х – изменение расстояния м/у выбранными точками; х – исходный линейный размер тела.

К рсн. Видам деформации относят деформации растяжения, сдвига, сжатия, кручения и изгиба. Также различают упругую деформацию, кот. полностью исчезает при снятии нагрузки, пластическую, остающуюся после устранения нагрузки, и вязкоупругую (эффект медленно уменьшается при снятии нагрузки благодаря релаксационным процессам, кот. стремятся восстановить прежнее состояние тела.

Мех-м деформации связан с изменением взаимного расположения ч-ц, составляющих данное тело.

К осн. хар-кам стр-р относятся также прочность и напряжение сдвига Р = F/s, где F – сила вязкого сопротивления, s – площадь, на кот. распространяется действие этой силы.

Прочность – это способность материала сопротивляться внешним мех. воздействиям, не деформируясь необратимо. В общем, прочность опред-ся числом контактов χ м/у ч-ми, приходящихся на ед. их поверхности, и прочностью отдельного контакта р _i, равного напряжению, кот. надо затратить для его разрыва, т.е:

Р_с = χ р _i.

Из этого следует, что прочность стр-ры должна возрастать с увеличением степени дисперсности системы, из кот. обр-ся стр-ра, т.к в этом случае увеличивается число контактов на ед. поверхности. Поэтому, чем больше жидкая прослойка м/у частицами, тем меньше прочность контакта и пластичнее стр-ра.

Пластичность – св-во тел развивать необратимые остаточные деформации. Пластичность стр-ры тесно связана с вязкостью системы под действием внеш. нагрузки. Структурированные системы обл. аномальной вязкостью, кот. опред-ся исключительно внеш воздействием. Хар-р измненения вязкости:

На графике видно, что максимальная вязкость сохр. в обл-ти 1, кот. соответствует ползучести – явлению, при кот. система не разрушается, но в ней наблюдается перемещение ч-ц о/но др. др. При больших нагрузках структурные сетки необратимо разрушаются (область 2) и тела текут, как свободнодисперсные жидкости (область 3).

Билет № 53: Аэрозоли, общая хар-ка. Дымы, туманы, смоги, порошки, пасты. Приготовление и разрушение.

Системы с газообразной дисперсирнной средой представляют обширный класс дисп. систем.

Аэрозоли- системы с газовой дисп. средой и тв. или жидкой подвижной дисп. фазой.

Аэрозоли объединяют седиментационно устойчивые дымы и туманы коллоидной степени дисперсности, а также седиментационно неустойчивые микрогетерогенные системы с газовой дисперсионной средой, включая пыль.

Специфические св-ва аэрозолей связаны с особенностями дисп. среды газа: её низкой вязкостью и малой электропроводностью. Малая вязкость дисп. среды способствует быстрой седиментации ч-ц и разрушению аэрозоля.

Аэрозоли хорошо рассеивают свет, поэтому измерения светорассеяния и поляризации рассеянного света исп-ся для определения размеров ч-ц и их распределения по размерам.

Характерная особенность ч-ц аэрозолей – наличие у них слабого заряда при отсутствии у них 2-го эл. слоя.

Классификация, способы получения и примеры аэрозолей и порошков:

Характеристика	Способ получения	Примеры
Дым
Седиментационно устойчивая 2-х фазная система т/г с ч-ми дисп. фазы коллоидной степени дисперсности	Конденсация, хим. р-ии	Продукты сгорания
Порошки
Седиментационно неустойчивая грубодисперсная 2-х фазная система т/г, м/у ч-ми кот. могут возникать силы аутогезии	Диспергирование, осаждение дыма и пыли	Сахар, специи
Туманы
Седиментационно неустойчивая 2-х фазная система ж/г с частицами дисп. фазы микрогетерогенной степени дисперсности	Конденсация, диспергирование, распыление	Бытовые и пищевые аэрозоли (спреи)
Смоги
Сед. устойчивая система ж+т/г с твёрдыми и жидкими ч-ми дисп. фазы переменой степени дисперсности	Диспергирование, конденсация	Городской смог

54. Общие вопросы устойчивости дисперсных систем. Седиментационная и агрегативная устойчивость.

С позиций термодинамики устойчивой следует считать ту систему, которой при данных конкретных условиях соответствует меньшее значение термодинамической функции (такой функцией при постоянных р,Т является энергия Гиббса).Если при этих же условиях возможны другие состояния системы, то их надо рассматривать как метастабильное состояние. Также устойчивой системой принято считать такую, в которой основные параметры, определяющие дисперсность и равновесное распределение дисперсной фазы в дисперсионной среде, меняются с пренебрежимо малой скоростью. Иначе говоря, устойчивость дисп. сист. состоит в ее способности противостоять седиментации (осаждению в гравитационном поле) и агрегации частиц дисп. фазы. Эти явления протекают в дисперсиях одновременно, но в разных системах с различными скоростями. Это позволяет различать седиментационную и агрегативную устойчивость. Под седиментационной устойчивостью понимают способность системы противостоять седиментации и сохранять равномерное распределение частиц и частичную концентрацию по всему объему. Это обеспечивает седиментационное равновесие. Возможное слипание частиц в таком случае не учитывают. Мерой устойчивости служит гипсометрическая высота(высота от некоторго уровня, при подъеме на которую концентрация коллоидных частиц уменьшается в 2 раза) , где h – гипсометрическая высота, υ₀ и υ_h-частичные концентрации дисперсной фазына исходном уровне и высоте h, V_ч-объем отдельной коллоидной частицы. Высота h_e, на уровне которой концентрация дисп. фазы мен-ся в е раз: . Агрегативная устойчивость проявляется в способности системы противостоять самопроизвольной коагуляции, связанной со стремлением дисперсной фазы снизить поверхностную энергию за счет уменьшения поверхности. Факторы, определяющие агрегативную устойчивость, обычно делят на две группы. Это термодинамические и кинетические факторы устойчивости. Различные факторы, определяющие устойчивость коллоидных систем, всегда сосуществуют, а соот­ношение их зависит от реальных условий и определяется при­родой дисперсной фазы и стабилизатора мицеллы. Иногда мож­но говорить о преобладающем действии отдельного фактора.

В рамках вышеприведенных представлений дисперсные си­стемы делят на термодинамически устойчивые и термоди­намически неустойчивые. К первым системам относят лиофильные золи, микроэмуль­сии, гели, ксерогели из макромолекул. Термодинамически ус­тойчивые системы образуются при самопроизвольном диспер­гировании одной из фаз, например, при растворении полимера в подходящем растворителе. Термодинамически неустойчивы­ми системами являются лиофобные золи, которые находятся в метастабильном состоянии и обладают некоторой кинетической устойчивостью. Устойчивость коллоидных систем - это центральный вопрос в коллоидной химии. Причины, оп­ределяющие устойчивость и разрушение дисперсной системы, имеют единую термодинамическую базу. Это подтверждается анализом основного уравнения термодинамики с составляю­щими, характерными для дисперсных систем: dG = -SdT+Vdp+σds+Σμ_idn_i+ φdq+П(h)dh, где П(h)dh-расклинивающее давление