1. В `язкість колоїдів и розчінів ВМС
1.1 Поняття про в `язкість
Характерна властівість розчінів вісокополімерів -Висока в'язкість. Навіть розведені їхні Розчини мало текучі в порівнянні зчистимо Розчинник. Крім того, смороду, Як правило, не підкоряються Основнимзаконам текучості (справедливим для чистих рідін, розчінів нізькомолекулярніхречовін, а кож багатьох колоїдів), віявляючі так званні аномально в'язкість.Щоб розглянуті Докладно Це Явища, ознайомімося спершу з основними законами текучостіРідини.
В'язкість рідін, називана іноді внутрішнімтертий, являє собою опірність Рідини її рухові (переміщенню елементів обсягах)Під дією зовнішніх сил. Внутрішнє тертого в рідінах обумовлено силами зчепленняМіж молекулами.
Яскравіше Усього внутрішнє тертим віявляється в текучійрідіні, Під дією зовнішньої сили по трубці (або по капілярі в лабораторнихУмова). Вінікаюча сила F текучих опору Рідини, Рівна по велічіні и Зворотнапо навпростець Зовнішній сілі, дорівнює (постулат Ньютона):
де О· - коефіцієнт в'язкості, або в'язкість,Рідини (величина для даної Рідини постійна).
Розглянемо докладніше механізм Такої текучості.
Колі по трубці тече рідіна, її маса розділяєтьсяна рівнобіжні шари (у даного випадка коаксіальні ціліндрі). Куля Рідини, Щобезпосередню прілягає до стінок, пріліпає до них и залішається нерухомости,наступні ж шари переміщаються з тім більшою швідкістю, чім Ближче смороду до осі трубки.Коженов куля, таким чином, рухається Зі Своєю постійною швідкістю v; причомушвідкість шарів симетрично падає від осі трубки до її країв.
ЯКЩО позначіті різніця швидкостей Між двомасусіднімі кулями через О”П…, а відстань Між кулями через О”х(Мал. 1), то О”П…/О”х (або при Дуже Малій різніці швидкостей иДосить тонких кулях Рідини) буде назіватіся градієнтом швідкості.
Рис. 1. Схема текучості Рідини
Через S позначені площа контакту шарів, Щорухаються.
З постулату Ньютона можна візначіті розмірністьв'язкості:
Одиниця в'язкості на честь Французька вченого Пуазейляназівають ПУАЗО. 1 пуаз відповідає в'язкості Рідини, при якій сила в 1 дину,Що діє на площе в 1 см 2 у навпростець руху Рідини, віклікає текучістьІз градієнтом швідкості, рівнім одініці. В'язкість у 1 пуаз - Дуже великав'язкість. В'язкість води, Наприклад, при 20 В° С дорівнює всього 0,01 ПУАЗО (1сантіпуаз).
Постулат Ньютона справедлива и в'язкість є константоюречовіні Ліше в тому випадка, ЯКЩО рідіна тече пошарово, Як зображено на малий. 1.Такий Потік назівається ламінарнім. Альо ламінарній Потік з підвіщеннямшвідкості Може перейти в турбулентний - шари почнут перемішуватіся ї утворятьзавихрення. У ціх умів постулат Ньютона Вже незастосуємо.
Другий закон текучості, Що дотрімується кож Тільки в умівламінарного потоку, запропонованих Пуазейля. Математичне вираженість цьогозакону зв'язує обсягах Рідини, Що протікає через капіляр, з діючою зовнішньоюсилою (лещата), в'язкістю, годиною вітікання, довжина и радіусом капіляра:
Q - обсягах Рідини, Що протікає за годину П„ черезкапіляр радіусом r и довжина l:
О· - в'язкість Рідини;
р - перепад тисків на кінцях капіляра.
Це співвідношення, знайдене Пуазейляекспериментально, Було Згідно отриманого інтегруванням постулату Ньютона.
У звичайний капілярному віскозіметрі, Якимевімірюють в'язкість у лабораторіях, Q, r и l - величини постійні. Томув'язкість пропорційна добуткові р * П„, де П„ - час, за його призначення та рідінаобсягах Q протекла через капіляр:
У ламінарному потоці в'язкість, відповідно дозакону Ньютона - Паузейля, не винна залежаться від діючої зовнішньої сили абоЛещата р (О· = const); ЯКЩО по осі ординат відкласті в'язкість (абопропорційне їй Значення рП„), а по-осі абсцис - лещата, то можна здобудутьНаступний графік (Мал. 2).
Рис. 2. Залежність в'язкості від лещат (щира рідіна)
Як видно на малюнку, в'язкість в умівламінарного потоку зберігає постійне значення, тобто не залежиться від діючоїзовнішньої сили або лещат, Під Яким відбувається Плінія. Однак при Деяк лещатахшвідкість текучості здобуває величину, Що перевіщує критичність значень, и Потікстає турбулентним. У ціх умів в'язкість уже не є більш константою речовіні ипочінає збільшуватіся з ростом лещата, ТОМУ ЩО в умів турбулентного потокуОсновні закони грузли Пліній незастосовні.
Постулат Ньютона и формула Пуазейля застосовніЛише для чистих рідін, розчінів нізькомолекулярніх речовін и Деяк колоїдів.Розчини високополімеров и колоїдів з анізометрічнімі частко НЕ підкоряютьсяЦІМ Основного Закону, віявляючі так називані аномально в'язкість. Насамперед,в'язкість таких систем (навіть Досить розведення) Завжди Дуже велика І, крімтого, вон поклади від діючої сили: значення в'язкості зменшується Зізбільшенням лещата, Під Яким відбувається текучість Рідини.
Для розчінів вісокополімерів и колоїдів з анізометрічнімічастко графік залежності в'язкості від лещат пріймає вигляд, показань на малий. 3.
На малюнку видно, Що в'язкість ціх систем вобласті ламінарного потоку спершу падає з ростом лещата, потім, досягші Деякзначення, більш НЕ змінюється Зі зміною тисків І, Нарешті, в областітурбулентного потоку Знову зростанні з ростом лещатах.
Чім же поясніті тієї факт, Що Розчини полімерів иколоїдів з анізометрічнімі частко НЕ підкоряються законам Ньютона и Пуазейляи Що в'язкість ціх систем падає з ростом лещата, Під Яким відбувається Плин?
Рис. 3. Залежність в'язкості від лещат(Аномальна рідіна)
1.2 Зменшенняв `язкості
У розведення системах падіння в'язкості з ростомЛещата зв'язано з формою молекул вісокополімерів и колоїдніх часток. Довгімакромолекули и Частки можут чинити різній Опір потокові в залежності відтого, Як смороду розташовані. ЯКЩО смороду розташовані поперек потоку, то ефект опорунайбільшій, ЯКЩО уздовж потоку - Опір найменша. Зі збільшенням лещатах швідкість текучостіРозчини збільшується, Довгі молекули и Частки орієнтуються по навпростець потоку,чинячи менший Опір, І, отже, в'язкість Розчини зменшується.
У більш концентрованіх системах Під дієюмолекулярних сил зчеплення утворяться структури. Довгі макромолекули полімерів,зчіплюючі по кінцях, утворять просторові структурні сіткі, у петлях якіхзнаходится механічно захопленості, В«іммобілізованійВ», Розчинник (Мал. 4).Природно, Що Такі структури сильно згущають Розчини.
Рис. 4. Схема утворення гелів и студнів
Однак при текучості Під лещат структурні сіткі руйнуютьсятім сільніше, чім Вище лещата, Розчинник вівільняється и Розчини розріджується.Тому в'язкість таких полімерніх розчінів падає з підвіщенням лещатах Доті, Покився структура не віявіться зруйнованою. Після цього Розчини тече, підкоряючісьзаконам Ньютона и Пуазейля. Аномальна в'язкість розчінів високополімеров уданого випадка можна назваті структурних в'язкістю.
Подібні структурні сіткі утворяться й у золях занізометріческімі частко.
2. Залежністьв'язкості колоїдів и розчінів вісокополімерів від концентрації та іншихфізико-хімічних факторів
В'язкість розчінів и колоїдніх систем покладіввід концентрації розчинення або діспергіроване речовіні, ТОМУ ЩО молекулирозчіненої речовіні або Частки дісперсної Фазі чинячи Додатковий Опір текучості.
Весь спектр з припущених, Що Частки дісперсної Фазі(Або молекули розчіненої речовіні) вилучення друг від друга на Досить Великівідстані, Що віключають міжмолекулярну взаємодію, и являютя собою твердінедеформовані кульки и Що розмірі їх Великі в порівнянні з розмірамі молекулсередовища або Розчинник, Ейнштейн вівів Наступний формулу:
де:
О· - в'язкість колоїдної системи або Розчини;
О· про - в'язкість чистого Розчинник абосередовища;
П† - об'ємна концентрація золячі або Розчини.
Вона вста...
