СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЕ И РЕОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ

Свободнодисперсные системы
Связнодисперсные системы

ПРОЧНОСТЬ ДИСПЕРСНЫХ СТРУКТУР
χ [м-2] - количество контактов
на единицу поверхности разрушения
р1 [Н] – прочность индивидуального контакта
[Н/м2]

ОСНОВНЫЕ ГРУППЫ КОНТАКТОВ
МЕЖДУ ЧАСТИЦАМИ ДИСПЕРСНОЙ ФАЗЫ:
1. Коагуляционные контакты.
2. Фазовые контакты.
ОСНОВНЫЕ ТИПЫ ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ:
1. Коагуляционные.
2. Кристаллизационные.

КОАГУЛЯЦИОННЫЕ КОНТАКТЫ
Зависимость энергии взаимодействия частиц
от расстояния (теория ДЛФО)
А
Б
А
Б

ПРОЧНОСТЬ КОАГУЛЯЦИОННОГО КОНТАКТА (р1)
А* - сложная константа Гамакера
r – радиус кривизны поверхности частиц
в месте их соприкосновения
h0 – равновесный зазор между частицами
При А* ≈ 10-19 Дж h0 ≈ 0,2÷1 нм
r р1, Н
10 нм 10-10 ÷10-9
1 мкм 10-8 ÷10-7
[Н]
Р коагуляционных структур = 102 ÷106 Н/м2

КОАГУЛЯЦИОННЫЕ КОНТАКТЫ В ГЛИНАХ
типа «базис-скол»
типа «скол-скол»
В.Т.Трофимов, В.А.Королев и др. Грунтоведение, М.: изд МГУ, 2005, с. 257

тип «базис-базис»
КОАГУЛЯЦИОННЫЕ КОНТАКТЫ В ГЛИНАХ
В.Т.Трофимов, В.А.Королев и др. Грунтоведение, М.: изд МГУ, 2005, стр.240
Уплотненные грунты (древние глины)

ТИКСОТРОПИЯ.
ЗАВИСИМОСТЬ ПРОЧНОСТИ КОАГУЛЯЦИОННОЙ СТРУКТУРЫ ОТ ВРЕМЕНИ ЕЕ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ПОСЛЕ РАЗРУШЕНИЯ
Р

СХЕМА СТРУКТУРЫ И ЭЛЕКТРОННАЯ МИКРОФОТОГРАФИЯ МОНТМОРИЛЛОНИТОВОЙ ГЛИНЫ, НАБУХШЕЙ В ВОДЕ
(Е.В.Шеин. Курс физики почв. М.: изд.МГУ, 2005)
В.Т.Трофимов, В.А.Королев и др.
Грунтоведение, М.: изд МГУ, 2005, с. 256

ФАЗОВЫЙ КОНТАКТ
N =102÷103 – число связей в одном контакте
e – заряд электрона
b – межатомное расстояние
ε0 – электрическая постоянная
Ионные кристаллы и металлы средней прочности р1 ≈ 10-7 Н
Высокопрочные тугоплавкие металлы р1 > 10-6 Н
При увеличении N > 102÷103 р1 достигает 10-4 – 10-3 Н
P кристаллизационных структур = 104 ÷ 108 Н/м2 и выше

ВОЗМОЖНЫЕ ПУТИ ОБРАЗОВАНИЯ ГЕЛЕЙ
ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
Ограниченное набухание характерно для фибриллярных белков и полисахаридов с разветвленной структурой.
Гели в клетках – внешние слои цитоплазмы;
в организме – мозг, кожа, хрящи, глазное яблоко.

Желатин (от лат. gelatus — замерзший, застывший) — белковый продукт животного происхождения, представляющий собой смесь линейных полипептидов с различной молекулярной массой
Тройная спираль
коллагена

ОПТИМАЛЬНЫЕ УСЛОВИЯ ГЕЛЕОБРАЗОВАНИЯ
В ВОДНЫХ РАСТВОРАХ

СВОЙСТВА ГЕЛЕЙ
Тиксотропия –
гели с коагуляционными контактами, например, гель яичного альбумина;
Частичная тиксотропия для гелей со смешанной коагуляционно- кристаллизационной структурой, например, малоконцентрированные гели желатины и казеина.
Сотрясение мозга и последующее восстановление его исходной структуры.
Синерезис –
необратимый процесс старения геля, сопровождаемый упорядочением структуры с сохранением первоначальной формы, сжатием сетки и выделением из нее дисперсионной среды
Процесс старения:
мясо старых животных намного плотнее, а кости тоньше, чем у молодых.

РЕОЛОГИЯ
τ
τ, Н/м2

УПРУГОЕ ПОВЕДЕНИЕ
τ – напряжение сдвига
G – модуль сдвига
γ – относительная деформация
ctg α =G
Молекулярные кристаллы G ~109 Н/м2
Ковалентные кристаллы и металлы G > 1011 Н/м2

ВЯЗКОЕ ПОВЕДЕНИЕ (ВЯЗКОЕ ТЕЧЕНИЕ)
τ – напряжение сдвига
– вязкость
dγ/dt – скорость развития
деформации
ctg α = η [Па.с]
Уравнение Ньютона
Вязкость меняется в широких пределах:
от 10-3 Па.с для воды
до 1015 Па.с для горных пород

ПЛАСТИЧНОСТЬ (ПЛАСТИЧЕСКОЕ ТЕЧЕНИЕ)
τ < τ* γ = 0 dγ/dt = 0
τ = τ* γ > 0 dγ/dt > 0

МОДЕЛЬ КЕЛЬВИНА
γ = const.
tр = η/G

МОДЕЛЬ БИНГАМА

РЕОЛОГИЧЕСКОЕ ПОВЕДЕНИЕ СВОБОДНОДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ
НЕНЬЮТОНОВСКАЯ СИСТЕМА
1
2
η - вязкость дисперсной системы
η0 - вязкость дисперсионной среды
- объемная доля дисперсной фазы
k – коэффициент формы
Изометричные частицы
НЬЮТОНОВСКАЯ СИСТЕМА

РЕОЛОГИЧЕСКОЕ ПОВЕДЕНИЕ СВЯЗНОДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ С КОАГУЛЯЦИОННЫМИ КОНТАКТАМИ.
ПОЛНАЯ РЕОЛОГИЧЕСКАЯ КРИВАЯ
ηB

РЕОЛОГИЧЕСКАЯ КРИВАЯ КРОВИ