Влияние поверхового потенціалу води на реологические властивості дисперсних систем

АНДРЄЄВ В. Г. ВПЛИВ ПОВЕРХОВОГО ПОТЕНЦІАЛУ ВОДИ НА РЕОЛОГИЧЕСКИЕ ВЛАСТИВОСТІ ДИСПЕРСНИХ СИСТЕМ.

Дисперсні системи ставляться до гетерогенным системам і полягає з двох і більше фаз (1(. Один із фаз є суцільної прямої і називається дисперсионной середовищем. Інші фази роздроблені і розподілені У першій; вони називаються дисперсными фазами. Дисперсні системи, у яких дисперсионной середовищем є вода, поширені у природі й відіграють істотне значення у техніці (кров живих організмів, грязьові потоки, суспензії у виробництві кераміки тощо.). Реологические властивості цих дисперсних систем значною мірою залежить від властивостей межфазной кордону «вода — дисперсная фаза». Тому дослідження цих залежностей дуже актуальне під час вирішення низки завдань із регулювання властивостей дисперсних систем.

При зануренні частинок дисперсною фази у водне середовище відбувається специфічна адсорбція завжди присутніх у питній воді іонів Н3О+ і OHна поверхню. Величини адсорбції іонів Н3О+ і OHобумовлені особливостям хімічного складу, кристалічною структури та стану поверхні частинок дисперсною фази. Властивості міжфазних кордонів «вода — дисперсная фаза» залежать також від поверхового потенціалу води. Відомо, що у нейтральній середовищі поверхню води має негативний потенціал -450 мВ, як і раніше, що концентрація іонів (Н3О+(дорівнює концентрації іонів (OH-((2(. Іони OHза своєю будовою сильніше від будівлі молекул води, ніж іони Н3О+, що пояснює їх підвищену поверхневу активність (мал.1). Тому, зазвичай, поверхню частинок в дисперсних системах заряджається негативно, що сприяє зниження в’язкості дисперсних систем завдяки зменшенню сил межчастичного тертя в результаті дії кулоновских сил взаємного відштовхування між частицами.

[pic].

Мал.1. Схема будівлі іона Н3О+, молекули води та іона OH;

Співвідношення іонів Н3О+ і OH-, адсорбирующихся лежить на поверхні води, і, отже, потенціал поверхні води, залежить від вихідного співвідношення іонів Н3О+ і OHу питній воді, тобто. від кислотності (рН) водної середовища. Про це свідчить даними, наведеними на мал.2. Потенціал поверхні дистильованої води визначали за методикою, описаної в роботі (2(. Для зміни рН використовувалися водні розчини HCl і NaOH. Збільшення рН (лужне середовище) викликає збільшення частки адсорбированных іонів OHі посилює негативний заряд лежить на поверхні води. У кислої середовищі відбувається зниження доходів і наступна інверсія поверхового потенціалу. Значимість рН, відповідну нульового потенціалу поверхні води (5,4), назвемо точкою нульового заряду (ТНЗ).

У техніці найчастіше доводиться вирішувати проблему отримання стабільних концентрованих дисперсних систем (суспензий, шликеров) з низькою в’язкістю. Це важливо під час операції транспортування дисперсних систем по трубопроводах, подрібнення, сушіння, формування тощо. У цьому необхідно запобігти налипання дисперсних систем на стінки трубопроводів, реакторів і створить робочі поверхні технологічного устаткування. Схожі завдання зустрічаються й у медицині, наприклад, зниження в’язкості крові при дуже високому вмісті еритроцитів та профілактики формування атеросклеротичних бляшок на стінках кровоносних сосудов.

Відомо, що кров людини тощо живих організмів має лужну реакцію. Негативний поверховий потенціал поверхні води забезпечує формування негативного потенціалу на стінках кровоносних судин і поверхні еритроцитів. Через війну знижується в’язкість крові й ймовірність формування атеросклеротичних бляшок на стінках кровоносних судин через зростання кулоновских сил відштовхування між негативно зарядженими поверхнями. Аналогічні явища простежуються суспензіях керамічних порошків. Як очевидно з даних, наведених на рис. 3, налипання суспензий Fe2O3 лежить на поверхні пластин сталі та оргскла відбувається у кислої і нейтральній середовищах. У основний середовищі налипання немає, а має місце навіть «розчинення» налиплої є і очищення пластин. У лужної середовищі підвищується седиментационная стійкість суспензії і знижується вязкость.

Концентрація адсорбированных іонів залежить від кривизни поверхні. Поблизу поверхні частки рівноважна концентрація адсорбированных іонів H3O+ підвищена проти пласкою поверхнею на величину [3]:

[pic],.

где С0 — концентрація адсорбированных іонів на пласкою поверхні; Vр — рівноважний обсяг іона; R — універсальна газова стала; T — температура; ((- зниження поверхневою енергії при адсорбції; r — радіус частиц.

Отже, потенціал поверхні частинок дисперсною фази змінюється швидше потенціалу поверхні пластини. Тож у кислої середовищі, зазвичай, поверхню частинок має позитивний потенціал, а лежить на поверхні пластини ще залишається негативний потенціал, що є причиною значного зростання налипання частинок до пластины.

Відомо, що таку значну роль стабілізації властивостей крові грають білкові речовини, є полиэлектролитами (альбумін, гепарин) і інші полиэлектролиты (наприклад, цитрат натрію запобігає згортання крові при зберіганні надворі) [4]. У техніці також використовуються полиэлектролиты для стабілізації і тенденції зниження в’язкості водних суспензий і шликеров [3]. Ефективність полиэлектролитов пояснюється формуванням подвійного електричного шару лежить на поверхні частинок дисперсною фази внаслідок адсорбції полиионов.

Використання полиэлектролитов зниження в’язкості суспензий може значно проводити процеси налипання. Зокрема, амонійні солі поликислот (цитрат амонію, полиакрилат амонію тощо.) нестійкі і може розкладатися із аміаку [3]. У результаті суспензіях формується кисле середовище, значно прискорювальна процеси налипання. Тож у керамічному виробництві краще використання стійких солей поликислот (наприклад, триэтаноламиновые солі, натрієві тощо.). Причому, зміст луги має трохи перевищувати стехиометрический склад з формування основний середовища проживання і зменшення налипання. Що стосується використання солей полиоснований (полиэтилениминацетат, поливиниламин хлорид тощо.) на формування основний середовища кількість введеної кислоти має менше стехиометрического состава.

Наприкінці треба сказати значної ролі отриманих результатів розробки лікарських засобів зниження в’язкості крові й запобігання формування атеросклеротичних бляшок. Ефективні препарати можна створити з допомогою полиэлектролитов, щоб забезпечити стабільність рН крові поблизу 7,36 завдяки великий буферної емкости.

[pic].

Рис. 2. Вплив рН на потенціал поверхні воды.

[pic] Рис. 3. Залежність маси налиплого шару лежить на поверхні пластин зі сталі (1) і оргскла (2) за її зануренні у суспензію частинок оксиду заліза із вмістом твердої фази 70% мас. та середнім розміром часмтиц 1 мкм від рН среды.

1. Бибик Е. Е. Реологія дисперсних систем. — Л.: Видання Ленінградського, 1981. — 172с.

2. Colacicco G. Electrical potential of the water surface // Chewm.

Scripta. 1988. V.28, N.2. p.141−144.

3. Анциферов В. М., Гончар А. В., Андрєєв В. Г., Летюк Л., Салдугей А. М.,.

Рябов І.Ф. Водорозчинні сполучні речовини в технології порошкових ферритовых матеріалів.- Перм: Вид-во ПГТУ, 1996.-189с.

4. Маркосян А. А. Нормальна фізіологія.- М.: Медгиз, 1955. -392 с.