Лабораторные работы и задачи по коллоидной химии - Фролов Ю. Г.
Скачать (прямая ссылка):
Образованию коагуляционно-тиксотропных структур благоприятствует наличие на поверхности частиц лиофобных участков (мозаич-ность поверхности), по которым они контактируют. Анизометрия частиц также способствует структурообразованию, так как на концах вытянутых частиц из-за большой кривизны поверхности двойные электрические и сольватные слои менее развиты.
12*
187
Коагуляция в первичном минимуме приводит к образованию кон-денсационно-кристаллизационной структуры, в которой частицы дисперсной фазы связаны химическими связями. В таких структурах частицы не могут двигаться относительно друг друга, и поэтому для них характерно разрушение без обратимого восстановления. Конденсаци-онно-кристаллизационные структуры, как правило, обладают высокой прочностью и проявляют упругие свойства. Пластические свойства их выражены значительно слабее и связаны, главным образом, с природой вещества частиц.
Обычно в коллоидных системах образуются структуры смешанного типа, характеризующиеся преобладанием в первый период коагуляци-онных контактов и дальнейшим упрочнением связей между частицами с переходом к структурам конденсационно-кристаллизационного типа. Такой переход от одних структур к другим часто наблюдается в процессах, сопровождающихся увеличением концентрации системы, например, при высушивании суспензий или спекании материалов с коагу-ляционной структурой.
Переход к конденсационным структурам обычно сопровождается уменьшением пластических свойств и ростом прочности. Большинство реальных твердых тел неорганической природы имеют кристаллизаци-оино-конденсационные структуры.
Для типичных твердых тел реологические кривые строят в координатах напряжение — деформация. При малых напряжениях у них происходят обратимые упругие деформации, за пределом упругости — пластические деформации и затем твердое тело разрушается. Хрупкие тела (керамика, бетоны, стекло и др.) разрушаются при нагрузках, меньших предела текучести (предела упругости).
Работа 30. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЯЗКОСТИ СТРУКТУРИРОВАННОЙ ЖИДКОСТИ С ПОМОЩЬЮ КАПИЛЛЯРНОГО ВИСКОЗИМЕТРА
Цель работы: получение кривых течения для ньютоновской жидкости (воды) и неньютоновской жидкости (раствора полимера при двух концентрациях); определение предельного напряжения сдвига и вязкости растворов полимера; построение графиков зависимости вязкости от нагрузки.
Реологические методы и приборы подразделяют на интегральные и дифференциальные с учетом «однородности» и «неоднородности» полей напряжений и деформаций.
Дифференциальные методы дают возможность исследовать непосредственно изменение деформации во времени в каждой точке системы при ее течении, т. е. установить поле деформаций и скоростей деформаций, а иногда и поле напряжений. К таким методам относятся микрокиносъемка процессов течения, рентгеновское просвечивание и др. Интегральные методы позволяют наблюдать суммарный эффект течения. К наиболее применяемым интегральным методам, при которых проявляется неоднородность полей напряжений и деформаций, относится капиллярная вискозиметрия, метод внедрения конуса, метод падения шарика.
Капиллярные вискозиметры используют для исследования реологических свойств относительно невязких жидкостей. Разработано боль-
188
Рис. 57. Вискозиметр Уббелоде.
шое число конструкций капиллярных вискозиметров. Наиболее пригодным для получения реологических кривых является вискозиметр Уббелоде (рис. 57).
Вискозиметр Уббелоде представляет собой и-образную трубку с расположенными на одном уровне небольшими резервуарами (шариками) одинакового объема. В одно из колен впаян капилляр, через который исследуемая жидкость под давлением перетекает из одного шарика в другой.
Измерение с помощью капиллярного вискозиметра сводится к определению времени вытекания жидкости через капилляр с известными геометрическими параметрами. При стационарном ламинарном течении жидкости вязкость рассчитывают по уравнению Пуазейля (получающемуся путем интегрирования уравнения Ньютона):
_К _ яг4 Ар х ~ 8Г|/
где V — объем жидкости, вытекающей из капилляра радиусом г и длиной I за время т; Ар — разность давлений на концах капилляра; ц — вязкость (динамическая) жидкости.
При работе с вискозиметром Уббелоде объем вытекающей жидкости (равный объему шарика) постоянен. Поэтому при расчетах можно использовать уравнение Пуазейля в более простом виде:
(VII. 7)
X Т)
(VII. 8)
где к — константа, характерная для данного вискозиметра.
Измерение вязкости методом капиллярной вискозиметрии проводят с помощью установки, схема которой приведена на рис. 58. Порядок работы на ней следующий. В тщательно вымытый вискозиметр с помощью воронки, вставленной в левое колено, наливают исследуемую жидкость. Жидкость наливают в таком количестве, чтобы ее уровень доходил примерно до середины шариков (см. рис. 57). Жидкость в правый шарик прокачивают с помощью резиновой груши. После этого воронку вынимают и вискозиметр помещают в термостат.
После термостатирования на левое колено вискозиметра надевают резиновую трубку и соединяют его с системой разрежения, как это показано на рис. 58. В системе создают требуемое разрежение, для чего используют вакуумный насос. Предварительно проверяют поло-
