Лабораторные работы и задачи по коллоидной химии - Фролов Ю. Г.
Скачать (прямая ссылка):
Решение. Вязкость данного золя может быть выражена уравнением Эйнштейна:.
Ч = Чо(1
где фг — объемная доля дисперсной фазы с учетом гидратации.
205
Объемная доля дисперсной фазы с гидратными оболочками составит!
фг _ Л^Ь _ 1,18.НГ'-1-1(Г' = 0,072 тьа 1 • 10 3 • 2,5
Объемная доля дисперсной фазы без гидратных оболочек равна
СА120з/Р _ 12/4 _^0033
/Р + сн,о/Ро 12/4 + 88/1
Если п — число частиц в" единице объема, то
_Фг_ _ п ¦ 4/3я (г +б)3 _ ^ + Ау
Ф п • 4/Зпг3
Откуда
-'[(f-Г- ¦]—•»" - --
5. При измерении вязкости растворов полистирола в толуоле с помощью капиллярного вискозиметра (типа вискозиметра Оствальда) получены следующие данные:
Концентрация раствора
с, г/л......... 0 1,70 2,12 2,52 2,95 3,40
Время истечения раствора т, с ....... 97,6 115,6 120,2 124,5 129,8 134,9
Рассчитайте значения относительной, удельной, приведенной вязкости растворов полимеров и постройте график зависимости т)Уд/с = f(c). Определите характеристическую вязкость [г|] и значение вискозиметрической константы Хагпгаса К'.
Решение. Относительная вязкость определяется как отношение вязкости раствора т) к вязкости чистого растворителя т]о:
Лота = ¦Ц/Цо
Удельная вязкость раствора представляет собой приращение вязкости за счет растворенного вещества, отнесенное к вязкости растворителя:
_ ~П — Т|о ,
Т)уд — - Т)отн 1
Т)о
Согласно уравнению Пуазейля (VII. 7) можем записать:
от т т.
¦Пота = -rzr- ~ — и %д =---1
РоТо То т-о
где р и ро — соответственно плотность раствора и растворителя; т и т0 — время истечения раствора и растворителя.
Приведенная вязкость г)пр есть отношение удельной вязкости к концентрации раствора с
Лпр == Чуп.1с Результаты расчета приведены ниже: Концентрация раствора
с, г/л......... 1,70 2,12 2,52 2,95 3,40
Г|0ХН.......... 1,184 1,231 1,276 1,330 1,382
Т)уд.......... 0,184 0,231 0,276 0,330 0,382
т)уд/с, л/г....... 0,108 0,109 0,110 0,111 0,112
Строят график в координатах цУи/с—с (рис. 67). Экстраполируя зависимость на нулевую концентрацию, определяем значение характеристической вязкости:
[i]] = (lim ) = 0,104 л/г
206
Рис. 67. Зависимость приведенной вязкости раствора /)ja/c,/i/r
полистирола в толуоле от концентрации.
.0,110
Согласно Хаггинсу [см. уравнение (VII. 14)] при малых концентрациях раствора
от
S с, г/л
Вискозиметрическую константу Хаггинса К' находим по тангенсу угла наклона прямой:
\ёа = К' М2 = 0,0023 У/ ._ 0.0023
ЗАДАЧИ
1. Используя уравнение Эйнштейна, определите вязкость золя AgCІ, "если концентрация дисперсной фазы составляет: а) 10 % (масс), 6)^10% (об.,). Частицы золя имеют сферическую форму. Плотность AgCI равна 5,56 г/см3. Дисперсионная среда имеет вязкость 1-Ю-3 Па-с и плотность 1 г/см3.
2. Определите вязкость золя А1203, если концентрация дисперсной фазы золя составляет: а) 8% (масс); б) 8% (об.). Частицы имеют сферическую форму, плотность А1203 — 4,0 г/см3. Вязкость и плотность дисперсионной среды соответственно 1-10-3 Па-с и 1 г/см3. Найти относительное увеличение вязкости.
3. Рассчитайте массовую концентрацию гидрозоля диоксида кремния, если известно, что его вязкость на 10 % больше вязкости дисперсионной среды. Частицы БЮг имеют сферическую форму, плотность их равна 2,7 г/см3, плотность дисперсионной среды 1 г/см3.
4. Рассчитайте толщину гидратных оболочек частиц золя диоксида кремния, если экспериментальными методами установлено, что вязкость 15 %-ного (масс) золя составляет 1,3-10~3 Па-с, а диаметр частиц равен 16 нм. Плотности частиц дисперсной фазы золя и дисперсионной среды соответственно 2,7 и 1 г/см3. Вязкость дисперсионной среды ЫО-3 Па-с. Коэффициент формы частиц а = 2,5.
5. Сопоставьте графически теоретические значения вязкости гидрозолей диоксида кремния, рассчитанные по уравнению Эйнштейна, с экспериментально найденными значениями:
Ств, % (масс.)........ т| • 103, Па-с, при диаметре 10 15 20 30 40
частиц
1,10 1,17 1,30 1,83 2,72
1,10 1,15 1,24 1,48 1,82
Определите концентрации, при которых начинается процесс структу-рообразования. Сделайте выводы о влиянии размера частиц золя на этот процесс. Плотности дисперсной фазы золя и дисперсионной среды соответственно 2,7 и 1 г/см3. Вязкость дисперсионной среды Ь Ю-3 Па-с Коэффициент формы частиц а = 2,5.
207
Рассчитайте вязкость 50%-ного водного раствора глицерина, если при приложении к нему напряжения 18 Н/м2 скорость развития деформации составляет 3-103 с-1.
7. Определите относительную деформацию образца полиуретанового каучука при различных температурах, если к нему приложено постоянное напряжение 5-10е Н/м2. Используйте следующие значения модуля упругой деформации:
Г, К.......... . 233 263 293
Е- 1(Гб, Н/м2 ....... 167,0 20,0 11,1
8. По экспериментальным данным, полученным при помощи капиллярного вискозиметра:
Р, Н/м2 ........ 10 15 20 25
