Sistem de dispersie

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă revizuită de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită pe 10 iunie 2018; verificarea necesită 31 de modificări .

Sistem dispersat (din latină  dispersio  „împrăștiere”) - formațiuni din faze (corpi) , care practic nu se amestecă și nu reacționează chimic între ele. Într-un caz tipic al unui sistem cu două faze, prima dintre substanțe ( faza dispersată ) este fin distribuită în a doua ( mediul de dispersie ). Dacă există mai multe faze, acestea pot fi separate fizic una de cealaltă ( centrifugă , separată etc.).

Sistemele dispersate sunt de obicei soluții coloidale (soluri) . Sistemele dispersate includ, de asemenea, cazul unui mediu dispersat solid în care se află faza dispersată. Soluțiile de compuși macromoleculari au, de asemenea, toate proprietățile sistemelor dispersate.

Clasificarea sistemelor disperse

Cea mai generală clasificare a sistemelor dispersate se bazează pe diferența dintre starea de agregare a mediului de dispersie și faza(le) dispersată. Combinațiile a trei tipuri de stare agregată fac posibilă distingerea a nouă tipuri de sisteme dispersate în două faze. Pentru concizie, ele sunt de obicei notate cu o fracție, al cărei numărător indică faza dispersată, iar numitorul indică mediul de dispersie; de exemplu, pentru sistemul „gaz în lichid” se adoptă denumirea G/L.

Desemnare Faza dispersată Mediu de dispersie Nume și exemplu
Y/Y gazos gazos Amestec mereu omogen (aer, gaze naturale)
F/G Lichid gazos Aerosoli: ceata , nori
MULTUMESC solid gazos Aerosoli (praf, fum), substanțe pulverulente
G/F gazos Lichid Emulsii gazoase și spume
F/F Lichid Lichid Emulsii: ulei , smântână , lapte , sânge
T/F solid Lichid Suspensii și soluri: pastă , nămol , suspensie , pastă
G/T gazos solid Corpuri poroase: spume polimerice , piatră ponce
F/T Lichid solid Sisteme capilare (corpi porosi plini de fluid): sol , sol
T/T solid solid Sisteme solide eterogene: aliaje , beton , sticlă ceramică , materiale compozite

În funcție de proprietățile cinetice ale fazei dispersate, sistemele dispersate în două faze pot fi împărțite în două clase:

La rândul lor, aceste sisteme sunt clasificate în funcție de gradul de dispersie .

Sistemele cu particule din faza dispersată de aceeași dimensiune se numesc monodisperse, iar sistemele cu particule de dimensiuni diferite sunt numite polidisperse. De regulă, sistemele reale din jurul nostru sunt polidisperse.

Există și sisteme dispersate cu un număr mai mare de faze - sisteme dispersate complexe. De exemplu, atunci când un mediu de dispersie lichid cu o fază solidă dispersată fierbe, se obține un sistem trifazat „vapor-picături-particule solide” [ 1] .

Un alt exemplu de sistem complex dispersat este laptele , ale cărui componente principale (fără a număra apa ) sunt grăsimea , cazeina și zahărul din lapte . Grăsimea este sub formă de emulsie și când laptele stă în picioare, se ridică treptat până la vârf ( smântână ). Cazeina este conținută sub formă de soluție coloidală și nu este eliberată spontan, dar poate fi ușor precipitată (sub formă de brânză de vaci ) atunci când laptele este acidulat, de exemplu, cu oțet. În condiții naturale, eliberarea de cazeină are loc în timpul acrișării laptelui . În cele din urmă, zahărul din lapte este sub formă de soluție moleculară și este eliberat numai atunci când apa se evaporă.

Sisteme liber dispersate

Sistemele liber dispersate sunt subdivizate în funcție de dimensiunea particulelor în:

Nume Dimensiunea particulelor, m Principalele caracteristici ale sistemelor eterogene
Ultramicroeterogen 10 −9 …10 −7 - eterogen;

- particulele trec prin filtrul de hârtie și nu trec prin ultrafiltru

– particulele nu sunt vizibile într-un microscop optic, dar sunt vizibile într-un microscop electronic și sunt detectate într-un ultramicroscop

- relativ stabil din punct de vedere cinetic

- lumină transparentă, împrăștiată (dați un con Faraday-Tyndall)

Microeterogene 10 −7 …10 −5
Aspru peste 10 −5

Sistemele ultramicroeterogene sunt numite și coloidale sau soluri . În funcție de natura mediului de dispersie, solurile sunt împărțite în soluri solide, aerosoli (soluri cu mediu de dispersie gazos) și liosoluri (soluri cu mediu de dispersie lichid). Sistemele microeterogene includ suspensii , emulsii , spume și pulberi. Cele mai comune sisteme dispersate grosier sunt sistemele cu gaz solid (de exemplu, nisip ).

Sistemele coloidale joacă un rol imens în biologie și viața umană. În fluidele biologice ale corpului, o serie de substanțe se află în stare coloidală. Obiectele biologice ( celule musculare și nervoase , sânge și alte fluide biologice) pot fi considerate soluții coloidale. Mediul de dispersie al sângelui este plasma  - o soluție apoasă de săruri și proteine ​​anorganice .

Sisteme de dispersie conectate

Materiale poroase

Materialele poroase sunt împărțite în funcție de dimensiunea porilor, conform clasificării lui M. M. Dubinin , în:

Nume Dimensiunea particulelor, µm
microporoasă mai putin de 2
Mezoporoasă 2-200
Macroporoasă peste 200

Conform recomandării IUPAC , materialele poroase cu dimensiuni ale porilor de până la 2 nm se numesc microporoase, mezoporoase - de la 2 la 50 nm, macroporoase - peste 50 nm.

În funcție de structura lor, materialele poroase sunt împărțite în corpusculare și spongioase . Corpurile corpusculare sunt formate prin fuziunea unor elemente structurale individuale (de obicei de diferite forme și dimensiuni) - atât neporoase, cât și cele cu porozitate primară ( ceramica poroasă , hârtie , țesătură etc.); porii de aici sunt golurile dintre structurile elementelor. Corpurile spongioase sunt golurile dintre aceste particule și ansamblurile lor. Corpurile spongioase se pot forma ca urmare a reacțiilor topochimice , levigarea unor componente ale sistemelor solide eterogene, descompunerea pirolitică a solidelor, eroziunea de suprafață și volum ; porii lor reprezintă de obicei o rețea de canale și cavități de diferite forme și secțiuni transversale variabile [2] .

Conform caracteristicilor geometrice, structurile poroase sunt împărțite în regulate (în care alternanța regulată a porilor sau cavităților individuale și a canalelor care le leagă se observă în volumul corpului) și stocastice (în care orientarea, forma, dimensiunea, aranjarea reciprocă și relațiile porilor sunt aleatorii). Majoritatea materialelor poroase sunt caracterizate de o structură stocastică. Contează și natura porilor: porii deschiși comunică cu suprafața corpului astfel încât lichidul sau gazul să poată fi filtrat prin ei; porii fundiți comunică și cu suprafața corpului, dar prezența lor nu afectează permeabilitatea materialului; pori închiși [2] .

Sisteme solide eterogene

Un exemplu caracteristic de sisteme solide eterogene sunt materialele compozite utilizate recent pe scară largă ( compozite) - materiale solide create artificial, dar neomogene, care constau din două sau mai multe componente cu interfețe clare între ele. În majoritatea acestor materiale (cu excepția celor stratificate), componentele pot fi împărțite într- o matrice și elemente de armare incluse în aceasta ; in acest caz, elementele de armare sunt de obicei responsabile de caracteristicile mecanice ale materialului, iar matricea asigura functionarea in comun a elementelor de armare. Printre cele mai vechi materiale compozite se numără chirpici , beton armat , bulat , papier-mâché . În zilele noastre, materialele plastice armate cu fibre , fibra de sticlă , cermeturile sunt utilizate pe scară largă, care și-au găsit aplicații în diverse domenii ale tehnologiei.

Mișcarea sistemelor dispersate

Mecanica mediilor multifazate se ocupa cu studiul miscarii sistemelor dispersate . În special, sarcinile de optimizare a diferitelor dispozitive de căldură și energie ( turbine cu abur , schimbătoare de căldură etc.), precum și dezvoltarea tehnologiilor pentru aplicarea diferitelor acoperiri , fac problema modelării matematice a fluxurilor de lângă pereți ale unei picături gaz-lichid. amestec o problemă urgentă . La rândul său, o varietate semnificativă a structurii fluxurilor în apropierea peretelui de medii multifazate, necesitatea de a lua în considerare diverși factori (inerția picăturii, formarea peliculei lichide, tranzițiile de fază etc.) necesită construirea de modele matematice speciale ale mediilor multifazate. , care în prezent sunt în curs de dezvoltare activ [3] .

Posibilitățile de studiu analitic al fluxurilor gaz- dinamice nestaționare ale mediilor dispersate multifazice, în care faza gazoasă purtătoare include mici incluziuni solide sau lichide („particule”), sunt foarte limitate, iar metodele de mecanică computațională ajung la înainte [4] . În același timp, studiul unor astfel de fluxuri în prezența tranzițiilor intense de fază capătă o relevanță semnificativă  - de exemplu, în analiza situațiilor de urgență în sistemele de răcire ale centralelor nucleare , studiul erupțiilor vulcanice și într-o serie de probleme tehnologice. aplicații, inclusiv optimizarea dispozitivelor care permit crearea de jeturi multifazice de mare viteză [1] .

Vezi și

Note

  1. ↑ 1 2 Osiptsov  А. _  _ - 1992. - V. 30, nr. 3 . - S. 583-591 .
  2. ↑ 1 2 Fandeev V.P., Samokhina K.S.  Metode pentru studierea structurilor poroase  // Naukovedenie. - 2015. - V. 7, nr. 4 (29) . - S. 101-122 . - doi : 10.15862/34TVN415 .
  3. ↑ Osiptsov A. N. , Korotkov D. V.  Strat limită într-un mediu de picătură de vapori pe suprafața frontală a unui corp contondent fierbinte  // Thermophysics of High Temperatures. - 1998. - T. 36, nr. 2 . - S. 291-297 .
  4. ↑ Gubaidullin A. A., Ivandaev A. I., Nigmatulin R. I.  Metoda modificată a „particulelor mari” pentru calcularea proceselor de unde non-staționare în medii disperse multifazice  // Journal of Computational Mathematics and Mathematical Physics . - 1977. - V. 17, nr 2 . - S. 1531-1544 .

Literatură

  • Deich M. E. , Filippov G. A. Dinamica gazelor a mediilor în două faze. — M .: Energoizdat , 1981. — 472 p.
  • Morozova E. Ya. Chimia coloidului. Note de curs. Ed. a III-a / Ministerul Sănătății al Republicii Belarus. - Vitebsk: VSMU , 2012. - 86 p. - ISBN 978-985-466-527-6 .
  • Nigmatulin R. I. Fundamentele mecanicii mediilor eterogene. — M .: Nauka , 1978. — 336 p.
  Accesați articolul Wikidata  Dicționare și enciclopedii