Diszpergáló rendszer

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2018. június 10-én felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzéshez 31 szerkesztés szükséges .

Diszpergált rendszer (a latin  dispersio  "szórás" szóból) - fázisokból (testekből) származó képződmények , amelyek gyakorlatilag nem keverednek és kémiailag nem reagálnak egymással. A kétfázisú rendszer tipikus esetben az anyagok közül az első ( a diszpergált fázis ) finoman eloszlik a másodikban ( a diszperziós közegben ). Ha több fázis van, akkor azok fizikailag elválaszthatók egymástól ( centrifugálás , szeparálás stb.).

A diszpergált rendszerek általában kolloid oldatok (szolok) . A diszpergált rendszerek közé tartozik a szilárd diszpergált közeg esete is, amelyben a diszpergált fázis található. A makromolekuláris vegyületek oldatai is rendelkeznek a diszperz rendszerek összes tulajdonságával.

A diszperz rendszerek osztályozása

A diszperz rendszerek legáltalánosabb osztályozása a diszperziós közeg és a diszpergált fázis(ok) aggregációs állapotának különbségén alapul. Háromféle aggregált állapot kombinációja lehetővé teszi kilencféle kétfázisú diszperz rendszer megkülönböztetését. A rövidség kedvéért általában törttel jelöljük, melynek számlálója a diszpergált fázist, a nevező pedig a diszperziós közeget jelöli; például a "gáz a folyadékban" rendszer esetében a G/L jelölést alkalmazzák.

Kijelölés Diszpergált fázis Diszperziós közeg Név és példa
I/Y gáznemű gáznemű Mindig homogén keverék (levegő, földgáz)
F/G Folyékony gáznemű Aeroszolok: köd , felhők
T/Y szilárd gáznemű Aeroszolok (por, füst), porszerű anyagok
G/F gáznemű Folyékony Gázemulziók és habok
F/F Folyékony Folyékony Emulziók: olaj , tejszín , tej , vér
T/F szilárd Folyékony Szuszpenziók és szolok: pép , iszap , szuszpenzió , paszta
G/T gáznemű szilárd Porózus testek: polimer habok , habkő
F/T Folyékony szilárd Kapilláris rendszerek (folyadékkal teli porózus testek): talaj , talaj
T/T szilárd szilárd Szilárd heterogén rendszerek: ötvözetek , beton , üvegkerámia , kompozit anyagok

A diszpergált fázis kinetikai tulajdonságai szerint a kétfázisú diszpergált rendszerek két osztályba sorolhatók:

Ezeket a rendszereket viszont a diszperzió foka szerint osztályozzák .

Az azonos méretű diszpergált fázisú részecskéket tartalmazó rendszereket monodiszperzeknek, a különböző méretű részecskéket tartalmazó rendszereket polidiszperzeknek nevezzük. A minket körülvevő valós rendszerek általában polidiszperzek.

Vannak nagyobb fázisszámmal rendelkező diszpergált rendszerek is - összetett diszpergált rendszerek. Például, ha egy folyékony diszperziós közeg szilárd diszpergált fázissal felforr, egy háromfázisú "gőz - cseppek - szilárd részecskék" rendszer jön létre [ 1] .

Egy másik példa az összetett diszpergált rendszerre a tej , amelynek fő összetevői (a vizet nem számítva ) a zsír , a kazein és a tejcukor . A zsír emulzió formájú, és amikor a tej áll, fokozatosan felemelkedik a tetejére ( krém ). A kazein kolloid oldat formájában van jelen, és nem szabadul fel spontán módon, de könnyen kicsapódhat ( túró formájában ), amikor a tejet például ecettel savanyítják. Természetes körülmények között a kazein felszabadulása a tej savanyítása során történik . Végül a tejcukor molekuláris oldat formájában van, és csak akkor szabadul fel, amikor a víz elpárolog.

Szabadon szétszórt rendszerek

A szabadon diszpergált rendszerek részecskeméret szerint a következőkre oszthatók:

Név Szemcseméret, m A heterogén rendszerek főbb jellemzői
Ultramikroheterogén 10 −9 …10 −7 - heterogén;

- a részecskék átjutnak a papírszűrőn, és nem jutnak át az ultraszűrőn

– a részecskék nem láthatóak optikai mikroszkópban, de elektronmikroszkópban láthatóak, és ultramikroszkóppal kimutathatók

- viszonylag stabil kinetikailag

- átlátszó, szórt fény (Faraday-Tyndall kúpot ad)

Mikroheterogén 10 −7 …10 −5
Durva 10-5 felett

Az ultramikroheterogén rendszereket kolloidoknak vagy szoloknak is nevezik . A diszperziós közeg jellegétől függően a szolokat szilárd szolokra, aeroszolokra (gáznemű diszperziós közeggel rendelkező szolokra) és lioszolokra (folyékony diszperziós közeggel rendelkező szolokra) osztják. A mikroheterogén rendszerek közé tartoznak a szuszpenziók , emulziók , habok és porok. A leggyakoribb durva diszperziós rendszerek a szilárdgázos rendszerek (például homok ).

A kolloid rendszerek óriási szerepet játszanak a biológiában és az emberi életben. A test biológiai folyadékaiban számos anyag kolloid állapotban van. A biológiai tárgyak (izom- és idegsejtek , vér és egyéb biológiai folyadékok) kolloid oldatnak tekinthetők. A vér diszperziós közege a plazma  – szervetlen sók és fehérjék vizes oldata .

Összekapcsolt diszperz rendszerek

Porózus anyagok

A porózus anyagokat a pórusméret szerint M. M. Dubinin osztályozása szerint a következőkre osztják :

Név Szemcseméret, µm
mikroporózus kevesebb mint 2
Mezopórusos 2-200
Makropórusos 200 felett

Az IUPAC ajánlása szerint a 2 nm-ig terjedő pórusméretű porózus anyagokat mikropórusosnak, mezopórusosnak - 2-50 nm-es, makropórusosnak - 50 nm felettinek nevezzük.

Szerkezetük szerint a porózus anyagokat korpuszkulárisra és szivacsosra osztják . A korpuszkuláris testek egyes szerkezeti elemek (általában különböző formájú és méretű) összeolvadásával jönnek létre - mind a nem porózus, mind az elsődleges porozitásúak (porózus kerámia , papír , szövet stb.); a pórusok itt az elemek szerkezete közötti hézagok. A szivacsos testek a rések e részecskék és együtteseik között. Szivacsos testek keletkezhetnek topokémiai reakciók , szilárd heterogén rendszerek egyes komponenseinek kimosódása, szilárd anyagok pirolitikus bomlása, felületi és térfogati erózió eredményeként ; pórusaik általában különböző alakú és változó keresztmetszetű csatornák és üregek hálózatát jelentik [2] .

Geometriai jellemzők szerint a porózus szerkezeteket szabályosra (amelyben az egyes pórusok vagy üregek és az ezeket összekötő csatornák szabályos váltakozása figyelhető meg a test térfogatában) és sztochasztikusra (amelyben az orientáció, alak, méret, kölcsönös elrendeződés ill. a pórusok kapcsolata véletlenszerű). A legtöbb porózus anyagot sztochasztikus szerkezet jellemzi. A pórusok jellege is számít: a nyitott pórusok kommunikálnak a test felületével, így a folyadék vagy a gáz átszűrhető rajtuk; zsákutcák a test felületével is kommunikálnak, de jelenlétük nem befolyásolja az anyag áteresztőképességét; zárt pórusok [2] .

Szilárd heterogén rendszerek

A szilárd heterogén rendszerek jellegzetes példái a közelmúltban széles körben használt kompozit anyagok (kompozitok) - mesterségesen létrehozott szilárd, de inhomogén anyagok, amelyek két vagy több komponensből állnak, amelyek között egyértelmű határfelületek vannak. Ezekben az anyagokban a legtöbb esetben (a rétegesek kivételével) a komponensek mátrixra és erősítő elemekre oszthatók ; ilyenkor általában az erősítő elemek felelősek az anyag mechanikai jellemzőiért, a mátrix pedig az erősítő elemek együttes működését biztosítja. A legrégebbi kompozit anyagok közé tartozik a vályog , a vasbeton , a bulat , a papírmasé . Napjainkban széles körben használják a szálerősítésű műanyagokat , üvegszálakat , cermeteket , amelyeket a technológia különböző területein alkalmaznak.

Elszórt rendszerek mozgása

A többfázisú közegek mechanikája a diszperz rendszerek mozgásának vizsgálatával foglalkozik . Különösen a különféle hő- és erőművek ( gőzturbinák , hőcserélők stb.) optimalizálása, valamint a különféle bevonatok felvitelére szolgáló technológiák fejlesztése teszi a gáz-folyadék csepp falközeli áramlásának matematikai modellezésének problémáját. keverék sürgős probléma . A többfázisú közegek falközeli áramlásának szerkezetének jelentős változatossága, a különféle tényezők (csepptehetetlenség, folyadékfilm-képződés, fázisátalakulások stb.) figyelembe vétele pedig a többfázisú közegek speciális matematikai modelljeinek megalkotását teszi szükségessé. , amelyek jelenleg aktív fejlesztés alatt állnak [3] .

A többfázisú diszperz közegek nem álló gázdinamikus áramlásainak analitikai vizsgálatának lehetőségei, amelyekben a hordozó gázfázis kis szilárd vagy folyékony zárványokat („részecskéket”) tartalmaz, nagyon korlátozottak, és a számítástechnikai módszerek a előtérben [4] . Ugyanakkor az ilyen áramlások intenzív fázisátalakulások jelenlétében történő tanulmányozása jelentős jelentőséggel bír - például az atomerőművek hűtőrendszerei  vészhelyzeteinek elemzésében, a vulkánkitörések tanulmányozásában és számos technológiai alkalmazások, beleértve a nagy sebességű többfázisú jet-ek létrehozását lehetővé tevő eszközök optimalizálását [1] .

Lásd még

Jegyzetek

  1. ↑ 1 2 Oszipcov  А. _  _ - 1992. - V. 30. sz. 3 . - S. 583-591 .
  2. ↑ 1 2 Fandeev V.P., Samokhina K.S.  Módszerek porózus szerkezetek tanulmányozására  // Naukovedenie. - 2015. - V. 7., 4. szám (29) . - S. 101-122 . - doi : 10.15862/34TVN415 .
  3. ↑ Osiptsov A. N. , Korotkov D. V.  Határréteg gőzcsepp közegben forró tompa test frontális felületén  // Magas hőmérsékletek termofizikája. - 1998. - T. 36. szám. 2 . - S. 291-297 .
  4. ↑ Gubaidullin A. A., Ivandaev A. I., Nigmatulin R. I.  "Nagy részecskék" módosított módszere a nem álló hullámfolyamatok kiszámítására többfázisú diszperz közegben  // Journal of Computational Mathematics and Mathematical Physics . - 1977. - V. 17., 2. sz . - S. 1531-1544 .

Irodalom

  • Deich M. E. , Filippov G. A. Kétfázisú közeg gázdinamikája. — M .: Energoizdat , 1981. — 472 p.
  • Morozova E. Ya. Kolloidkémia. Előadásjegyzet. 3. kiadás / A Fehérorosz Köztársaság Egészségügyi Minisztériuma. - Vitebsk: VSMU , 2012. - 86 p. - ISBN 978-985-466-527-6 .
  • Nigmatulin R. I. A heterogén közegek mechanikájának alapjai. — M .: Nauka , 1978. — 336 p.
  Ugrás a Wikidata elemre  Szótárak és enciklopédiák