Получение дисперсных систем. Метод конденсации. Метод диспергирования. Эффект Ребиндера. Лекция 11

Методы получения дисперсных систем

Диспергирование
Преодолевается когезионное сцепление
Стадии диспергирования:
Объемная (упругая деформация);
Образование новой поверхности.
По степени измельчения:
Дробление (грубое измельчение, размер частиц – миллиметры и более);
Измельчение (до десятков мкм);
Тонкое измельчение.
Работа измельчения:
На объемное деформирование, пропорционально объему
На образование новой поверхности, пропорционально новой поверхности
- уравнение Ребиндера

Диспергирование. Эффект Ребиндера
- пропорционален объему, т.е. кубу линейного размера тела d
- пропорционален площади поверхности, т.е. квадрату линейного размера тела d
Работу разрушения можно снизить, снижая поверхностное натяжение!!!
Эффект Ребиндера - явление адсорбционного понижения прочности твердых тел. Связан как со снижением затрат энергии на образование поверхности (при понижении поверхностного натяжения (поверхностной энергии)), так и с предотвращением повторного агрегирования образовавшихся частиц.

Эффект Ребиндера
Примеры эффекта Ребиндера
Смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ) – водные эмульсии ПАВ, облегчают обработку резанием
Магматические расплавы снижают прочность горных пород

Диспергирование
Эффективность диспергирования
Разрушение материала идет по дефектам.
По мере диспергирования количество дефектов уменьшается, прочность частиц растет, растут и затраты энергии.
Диспергированием невозможно получить системы максимальной дисперсности.

Конденсация
Получение дисперсных систем методом конденсации – общий принцип
Температура
Концентрация
Однофазная область (раствор)
Двухфазная область
- изменение концентрации (напр., испарение растворителя)
- изменение температуры (напр., охлаждение)
При попадании в двухфазную область сначала – пересыщенная система, метастабильное состояние

Конденсация
(1)

Конденсация
- энергия образования зародышей критического размера
Добавки ПАВ могут снизить поверхностное натяжение и облегчить фазообразование
Очень сильно зависит от пересыщения!
Пересыщение
(2)

Конденсация

Конденсация
Гетерогенное зародышеобразование
Возможные ситуации при гетерогенном зародышеобразовании:
Полное несмачивание подложки новой фазой
Плохое смачивание подложки новой фазой
Хорошее смачивание подложки новой фазой

Конденсация
Гетерогенное зародышеобразование

Конденсация
Скорость зародышеобразования
Скорость роста кристаллов

Химическая конденсация
Восстановительные реакции
2KAuO2 + 3HCHO + K2CO3 = 2Au + 3HCOOK + KHCO3 + H2O
Окислительные реакции
2H2S + O2 = 2S + 2H2O
Fe2SiO4 + 1/2O2 + 5H2O = 2Fe(OH)3 + Si(OH)4
Гидролиз солей
Al2(CO3)3 + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2O + 3CO2
Другие обменные реакции
Ba(NO3)2 + Na2SO4 = BaSO4 + 2NaNO3
Реакции с выделением газов
2NaHCO3 = Na2CO3 + H2O + CO2.
Порофоры – вещества, при разложении которых выделяется газ.
Порофор ЧХЗ-21 (азодикарбоксамид):