Disperzní systém

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 10. června 2018; ověření vyžaduje 31 úprav .

Disperzní systém (z latiny  dispersio  "rozptyl") - útvary z fází (těles) , které se prakticky nemísí a vzájemně chemicky nereagují. V typickém případě dvoufázového systému je první z látek ( dispergovaná fáze ) jemně rozptýlena ve druhé ( disperzní médium ). Pokud existuje více fází, lze je od sebe fyzicky oddělit ( odstředivka , separát atd.).

Dispergované systémy jsou obvykle koloidní roztoky (soly) . Dispergované systémy také zahrnují případ pevného dispergovaného média, ve kterém je dispergovaná fáze umístěna. Roztoky makromolekulárních sloučenin mají také všechny vlastnosti disperzních systémů.

Klasifikace disperzních systémů

Nejobecnější klasifikace disperzních systémů je založena na rozdílu ve stavu agregace disperzního prostředí a disperzní fáze (dispergovaných fází). Kombinace tří typů skupenství kameniva umožňují rozlišit devět typů dvoufázových disperzních systémů. Pro stručnost se obvykle označují zlomkem, jehož čitatel označuje disperzní fázi a jmenovatel disperzní prostředí; například pro systém "plyn v kapalině" se přejímá označení G/L.

Označení Disperzní fáze Disperzní médium Jméno a příklad
Y/Y plynný plynný Vždy homogenní směs (vzduch, zemní plyn)
F/G Kapalina plynný Aerosoly: mlhy , mraky
T/Y pevný plynný Aerosoly (prach, výpary), práškové látky
G/F plynný Kapalina Plynové emulze a pěny
F/F Kapalina Kapalina Emulze: olej , smetana , mléko , krev
T/F pevný Kapalina Suspenze a soly: buničina , kal , suspenze , pasta
G/T plynný pevný Porézní tělesa: polymerové pěny , pemza
F/T Kapalina pevný Kapilární systémy (tekutinou naplněná porézní tělesa): půda , půda
T/T pevný pevný Pevné heterogenní systémy: slitiny , beton , sklokeramika , kompozitní materiály

Podle kinetických vlastností disperzní fáze lze dvoufázové disperzní systémy rozdělit do dvou tříd:

Tyto systémy jsou dále klasifikovány podle stupně disperze .

Systémy s částicemi dispergované fáze stejné velikosti se nazývají monodisperzní a systémy s částicemi různých velikostí se nazývají polydisperzní. Skutečné systémy, které nás obklopují, jsou zpravidla polydisperzní.

Existují i ​​disperzní systémy s větším počtem fází – komplexní disperzní systémy. Když se například vaří kapalné disperzní médium s pevnou dispergovanou fází, získá se třífázový systém „pára-kapky-pevné částice“ [ 1] .

Dalším příkladem komplexního disperzního systému je mléko , jehož hlavními složkami (nepočítaje vodu ) jsou tuk , kasein a mléčný cukr . Tuk je ve formě emulze a při odstátí mléka postupně stoupá nahoru ( smetana ). Kasein je obsažen ve formě koloidního roztoku a neuvolňuje se samovolně, ale může se snadno vysrážet (ve formě tvarohu ) při okyselení mléka např. octem. V přirozených podmínkách dochází k uvolňování kaseinu při kysání mléka . Konečně mléčný cukr je ve formě molekulárního roztoku a uvolňuje se pouze při odpařování vody.

Volně rozptýlené systémy

Volně dispergované systémy se dělí podle velikosti částic na:

název Velikost částic, m Hlavní rysy heterogenních systémů
Ultramikroheterogenní 10 −9 …10 −7 - heterogenní;

- částice projdou papírovým filtrem a neprojdou ultrafiltrem

– částice nejsou viditelné v optickém mikroskopu, ale jsou viditelné v elektronovém mikroskopu a jsou detekovány v ultramikroskopu

- kineticky relativně stabilní

- transparentní, rozptyl světla (dejte Faraday-Tyndallův kužel)

Mikroheterogenní 10 −7 …10 −5
Hrubý přes 10-5

Ultramikroheterogenní systémy se také nazývají koloidní nebo soly . Podle charakteru disperzního prostředí se soly dělí na pevné soly, aerosoly (soly s plynným disperzním prostředím) a lyosoly (soly s kapalným disperzním prostředím). Mikroheterogenní systémy zahrnují suspenze , emulze , pěny a prášky. Nejběžnějšími systémy s hrubou disperzí jsou systémy pevná látka-plyn (například písek ).

Koloidní systémy hrají obrovskou roli v biologii a lidském životě. V biologických tekutinách těla je řada látek v koloidním stavu. Biologické objekty (svalové a nervové buňky , krev a další biologické tekutiny) lze považovat za koloidní roztoky. Dispergačním médiem krve je plazma  - vodný roztok anorganických solí a bílkovin .

Propojené disperzní systémy

Porézní materiály

Porézní materiály se dělí podle velikosti pórů podle klasifikace M. M. Dubinina na:

název Velikost částic, µm
mikroporézní méně než 2
Mezoporézní 2-200
Makroporézní přes 200

Podle doporučení IUPAC se porézní materiály s velikostí pórů do 2 nm nazývají mikroporézní, mezoporézní - od 2 do 50 nm, makroporézní - nad 50 nm.

Porézní materiály se podle struktury dělí na korpuskulární a houbovité . Korpuskulární tělesa vznikají fúzí jednotlivých konstrukčních prvků (obvykle různých tvarů a velikostí) - neporézních i těch s primární porézností (porézní keramika , papír , tkanina atd.); póry jsou zde mezery mezi strukturami prvků. Houbovitá tělesa jsou mezery mezi těmito částicemi a jejich celky. Houbovitá tělesa mohou vznikat v důsledku topochemických reakcí , vyplavování některých složek pevných heterogenních systémů, pyrolytického rozkladu pevných látek, povrchové a objemové eroze ; jejich póry obvykle představují síť kanálků a dutin různých tvarů a proměnných průřezů [2] .

Podle geometrických znaků se porézní struktury dělí na pravidelné (u kterých je v objemu tělesa pozorováno pravidelné střídání jednotlivých pórů nebo dutin a kanálků, které je spojují) a stochastické (u kterých je orientace, tvar, velikost, vzájemné uspořádání a vztahy pórů jsou náhodné). Většina porézních materiálů se vyznačuje stochastickou strukturou. Záleží také na povaze pórů: otevřené póry komunikují s povrchem těla, takže přes ně může být filtrována kapalina nebo plyn ; slepé póry také komunikují s povrchem těla, ale jejich přítomnost neovlivňuje propustnost materiálu; uzavřené póry [2] .

Pevné heterogenní systémy

Charakteristickým příkladem pevných heterogenních systémů jsou v poslední době široce používané kompozitní materiály (kompozity) - uměle vytvořené pevné, avšak nehomogenní, materiály, které se skládají ze dvou nebo více složek s jasnými rozhraními mezi nimi. U většiny těchto materiálů (s výjimkou vrstvených) lze součásti rozdělit na matrici a v ní obsažené výztužné prvky ; v tomto případě jsou výztužné prvky obvykle zodpovědné za mechanické vlastnosti materiálu a matrice zajišťuje společný provoz výztužných prvků. Mezi nejstarší kompozitní materiály patří nepálený , železobeton , bulat , papír-mâché . V dnešní době jsou široce používány plasty vyztužené vlákny , sklolaminát , cermety , které našly uplatnění v různých oblastech techniky.

Pohyb rozptýlených systémů

Mechanika vícefázových prostředí se zabývá studiem pohybu disperzních soustav . Zejména úkoly optimalizace různých tepelných a energetických zařízení ( parní turbíny , výměníky tepla atd.), jakož i vývoj technologií pro nanášení různých povlaků , činí problém matematického modelování blízkostěnových toků kapky plynu a kapaliny. směs naléhavý problém . Na druhé straně, značná rozmanitost ve struktuře blízkostěnných toků vícefázových médií, potřeba zohlednit různé faktory (pokles setrvačnosti, tvorba kapalného filmu, fázové přechody atd.) vyžadují konstrukci speciálních matematických modelů vícefázových médií. , které jsou v současné době aktivně vyvíjeny [3] .

Možnosti analytického studia nestacionárních plynodynamických toků vícefázových disperzních médií, ve kterých nosná plynná fáze obsahuje malé pevné nebo kapalné inkluze („částice“), jsou velmi omezené a do popředí se dostávají metody výpočetní mechaniky . vpředu [4] . Studium takových toků v přítomnosti intenzivních fázových přechodů přitom nabývá značného významu  - například při analýze havarijních situací v chladicích systémech jaderných elektráren , studiu sopečných erupcí a v řadě technologických aplikací, včetně optimalizace zařízení, která umožňují vytváření vysokorychlostních vícefázových proudů [1] .

Viz také

Poznámky

  1. ↑ 1 2 Osiptsov  А. _  _ - 1992. - V. 30, č.p. 3 . - S. 583-591 .
  2. ↑ 1 2 Fandeev V.P., Samokhina K.S.  Metody pro studium porézních struktur  // Naukovedenie. - 2015. - V. 7, č. 4 (29) . - S. 101-122 . - doi : 10.15862/34TVN415 .
  3. ↑ Osiptsov A. N. , Korotkov D. V.  Mezní vrstva v kapkovém prostředí na čelní ploše horkého tupého tělesa  // Termofyzika vysokých teplot. - 1998. - T. 36, vydání. 2 . - S. 291-297 .
  4. ↑ Gubaidullin A. A., Ivandaev A. I., Nigmatulin R. I.  Upravená metoda „velkých částic“ pro výpočet nestacionárních vlnových procesů ve vícefázových disperzních prostředích  // Journal of Computational Mathematics and Mathematical Physics . - 1977. - V. 17, č. 2 . - S. 1531-1544 .

Literatura

  • Deich M. E. , Filippov G. A. Dynamika plynů dvoufázových médií. — M .: Energoizdat , 1981. — 472 s.
  • Morozova E. Ya. Koloidní chemie. Poznámky z přednášky. 3. vyd. / Ministerstvo zdravotnictví Běloruské republiky. - Vitebsk: VSMU , 2012. - 86 s. - ISBN 978-985-466-527-6 .
  • Nigmatulin R. I. Základy mechaniky heterogenních prostředí. — M .: Nauka , 1978. — 336 s.
  Přejděte na položku Wikidata  Slovníky a encyklopedie