Как можно ускорить процесс седиментации
Х и м и я
Коллоидная химия
Коагуляция коллоидных растворов.
Коагуляция
Коллоидные системы обладают различной устойчивостью. Все они стремятся к уменьшению свободной поверхностной энергии за счёт сокращения удельной поверхности коллоидных частиц, что происходит при их стремлении к объединению.
Удельная поверхность этих частиц очень велика, поэтому они и обладают большим избытком поверхностной энергии, что, в свою очередь, ведёт к термодинамической неустойчивости коллоидных систем.
Процесс объединения коллоидных частиц в более крупные агрегаты называется коагуляцией.
Расклинивающее давление
Расклинивающим давлением называют избыточное (по сравнению с гидростатическим) давление, действующее со стороны тонкого слоя жидкости на ограничивающие поверхности.
В золях оно обусловлено в основном взаимным отталкиванием противоионов диффузного слоя сблизившихся частиц и, кроме того, силами молекулярного взаимодействия между поверхностями этих частиц и молекулами воды.
Изменение свойств воды вокруг коллоидных частиц
Под влиянием электростатических полей, создаваемых ионами, расположенными на поверхности коллоидных частиц, прилегающие к ним молекулы воды сильнее поляризуются и располагаются более упорядоченно, что, в частности, усиливает связь не только между этими молекулами воды, но и между ними и коллоидными частицами.
В результате прилегающий к частице слой воды, приобретает особые свойства (повышенную вязкость и упругость), что препятствует объединению частиц.
Преодоление расклинивающего давления
Только очень малое число столкновений приводит к объединению частиц, поэтому многие золи устойчивы. Если же понизить величину заряда коллоидных частиц, то такие частицы будут легче и сильнее коагулировать.
С наибольшей скоростью коагулируют коллоидные частицы, у которых заряд гранул равен нулю, т.е. частицы, находящиеся в изоэлектрическом состоянии.
Отсутствие заряда у гранулы означает, что у частицы нет противоионов в диффузионном слое и, следовательно, их водной оболочки.
Оказалось также, что полидисперсные золи коагулируют быстрее монодисперсных и что форма частиц имеет значение для этого процесса: с наибольшей скоростью коагулируют палочкообразные частицы.
Динамика процесса коагуляции
При коагуляции двух частиц золя (так называемых частиц первого порядка) образуется более крупная частица второго порядка, которая может объединяться с ещё одной частицей первого порядка, образуя частицу третьего порядка, которая вновь присоединяет частицу первого порядка и превращается в частицу четвёртого порядка и т.д.
Расчёты показали, что присоединение частиц первых порядков происходит легче, чем объединение частиц более высоких порядков.
Сумма всех частиц в золе при коагуляции непрерывно уменьшается, причём если число исходных частиц первого порядка n1 всё время убывает, то число частиц второго порядка n2 вначале увеличивается, а затем уменьшается. Чуть отставая по времени от n2 растёт количество частиц третьего порядка n3, которое, пройдя свой максимум, начинает падать. В это время возрастает количество частиц следующего порядка и т.д.
Седиментация частиц
В результате при коагуляции образуются рыхлые агрегаты различной величины, в которой частицы непрочно связаны между собой.
Крупные агрегаты под действием силы тяжести начинают опускаться на дно сосуда. Происходит процесс седиментации.
Седимента́ция (осаждение) — оседание частиц дисперсной фазы в жидкости или газе под действием гравитационного поля или центробежных сил.
Скорость седиментации зависит от размеров и плотности частиц, от их заряда, вязкости раствора и т.п.
Частицы, находящиеся в изоэлектрическом состоянии, оседают быстрее, так как заряд не препятствует их коагуляции и седиментации.
Использование центрифуг для осаждения
Для ускорения процесса седиментации широко используют центрифуги. Возникающая при помощи них центробежная сила заставляет частицы оседать быстрее. При достаточном числе оборотов удаётся осаждать даже некоагулированные частицы.
При постоянных температуре, вязкости растворителя, величине заряда частиц и т.п. скорость их осаждения зависит от различий в их массе и размерах, благодаря чему можно расчитывать молекулярный вес этих частиц.
При помощи ультрацентрифуг, развивающих скорость в десятки тысяч оборотов в минуту, были определены молекулярные веса многих белков и других органических соединений.
Изменение скорости коагуляции
Самопроизвольная коагуляция многих золей часто протекает медленно. Её можно ускорить, повышая скорость движения частиц. Это поможет им преодолеть расклинивающее давление.
Ускорение движения частиц можно вызвать, например, повышением температуры раствора. Повышение концентрации золя также приводит к ускорению его коагуляции, поскольку с увеличением концентрации растёт число эффективных столкновений между мицеллами.
Процесс коагуляции очень чувствителен к добавлению электролитов.
Электроли́т — вещество, которое проводит электрический ток вследствие диссоциации на ионы. Примерами электролитов могут служить водные растворы кислот, солей и оснований и пр.
Небольшие количества электролитов могут резко ускорить скорость коагуляции. Следовательно, с одной стороны, электролиты необходимы для стабилизации золей, а с другой – их избыточное добавление ведёт к коагуляции золей. Влияние различных электролитов на этот процесс неодинаково.
Зависимость коагуляции от величины заряда иона электролита
Коагулирующее действие электролитов зависит от величины заряда иона, который противоположен заряду коллоидной частицы.
С наибольшей скоростью коагулируют электронейтральные частицы. Такое состояние частицы, заряженной до начала коагуляции, например положительно, станет возможным в том случае, если все противоионы диффузного слоя, заряженные отрицательно, будут перемещены в адсорбционный слой.
Чем выше окажется концентрация добавленного электролита, тем сильнее будет сжат диффузионный слой, тем меньше станет ζ-потенциал и быстрее пойдёт коагуляция.
При достаточной концентрации электролита практически все её противоионы окажутся в адсорбционном слое, заряд частицы снизится до нуля. Отсутствие диффузного слоя обусловит значительное понижение давления расклинивания и коагуляция пойдёт с максимальной скоростью.
Коагулирующее действие ионов резко возрастает с увеличением числа их зарядов в прогрессии, которую грубо принимают за соотношение шестых степеней числа зарядов ионов: 1 : 2 6 : 3 6 и т.д.
В действительности из-за влияния ряда факторов это соотношение оказывается меньшим.
Влияние различных электролитов на коагуляцию золей As2S3
Седиментация и методы седиментационного анализа
Наблюдение за скоростью седиментации в суспензиях, т.е в дисперсных системах с достаточно большими частицами, обладающих кинетической неустойчивостью, позволяет определять размер частиц.
Таким методом получим название методов сдиментационного анализа.
Рассмотрим, как оседает в жидкости отдельная частица такой суспензии.
Оседание частицы, происходит под действием силы тяжести :
,где
– плотность вещества частицы,
– плотность среды
g– ускорение свободного падения.
Оседанию противодействует сила трения :
,
Где В – коэффициент трения между частицей и средой
υ– скорость седиментации частицы.
При стационарном режиме оседания, соблюдается равенство:
= 
1
Тогда применительно к сферич. част. уравнение будет иметь следующий вид:
2
Т.к. по стоксу: В= 
V== 
И из уравнения 2 можно найти скорость седиментация частицы :
(3) и согласно этому уравнению скорость седиментации частицы прямо пропорциональна квадрату радиуса 
обратно пропорциональна 
среды и заисит от разности 
так, что:
а) при 
— происк оседания
б) при 
–всплывание частиц, обратной седиментация.
Из уравнения 2 можно найти радиус частицы, зная 
:
r= 
4
Уравнение 2 справедливо для водных суспензий, имеющих частицы размерам от 0,1 до 100 мкм.
Теперь перейдем к экспериментальным приемам используемых при седиментационном анализе полидисперсных систем.
Седиментационный анализ заключается в том, что исследуемый порошок переводят в суспензию и определяют скорость оседания частиц.
Известно несколько принципов седиментационного анализа:
1) Наблюдение за скоростью оседания в спокойной жидкости. Этот метод применим для грубодисперсных систем, у которых скорость седиментации достаточно велика.
2) Наблюдение за оседанием в центробежном поле (ультрацентрифугирование). Этот принцип используют для высокодисперсных систем и растворов полимеров.
Принцип седиментационного анализа дисперсности заключается в измерении скорости осаждения частиц чаще всего в жидкой дисперсионной среде. Зная скорость осаждения частиц, по соответствующим уравнениям рассчитывают размеры частиц.
Рассмотрим седиментационный анализ на примере полидисперсных систем, и здесь в основу положено представление о том, что такие системы состоят из нескольких фракций, которые можно рассматривать как отдельные монодисперсные системы.
При проведении седиментационного анализа полидисперсной системы определяют зависимость массы осевшего осадка от времени и строят график этой зависимости, кривую оседания:
Это плавная кривая, и ей отвечают множество бесконечно малых участков. Касательные в каждой точке этой кривой отражают седиментацию данной бесконечно малой фракции.
Уравнение касательной в любой точке кривой седиментации имеет вид:
И является обоснованием графического метода расчета распределения частиц по размерам в полидисперсной системе. Метод заключается в том, что кривую седиментации построенную по экспериментальным данным делят на участки, соответствующие выбранным временам полного осаждения фракций ( 
), в точках A,B,C,D – отвечающих моментам окончания осаждения фракций проводят касательные до пересечения с осью ординат, и где образуются отрезки, соответствующие массам фракций частиц суспензий.
Зная высоту столба суспензии, время полного осаждения фракций, определяют скорость осаждения и радиусы частиц каждой фракции.
Результаты седиментационного анализа часто представляют в виде кривых распределения частиц по размерам.
Наиболее наглядной и удобной является дифференциальная кривая распределения частиц по размерам. На оси абсцисс – откладывают значения радиусов (r).
На ось ординат – наносят отношение приращения массовых долей к разности радиусов частиц соседних фракций – 
.
Построив на графике отдельные прямоугольники для каждой фракция (гистограмму) и соединив плавной линией середины их верхних сторон, получают дифференциальную кривую распределения частиц полидисперсной системы по размерам т.е. три определяющих размера частиц:
Так же существуют следующие методы седиментационного анализа:
1) Весовая модификация седиментационного анализа. Заключается в определении скорости накопления осадка на чашке весов. Наиболее распространенными седиментационными весами является прибор Фигуровского. Он представляет собой в штативе в держателе 1закреплен гибкий стеклянный или кварцевый шпиц (шпиль) 2 на конец которого подвешивают на стеклянной нити тонкостенную стеклянную чашечку 3.
Через Н обозначено между уровнем жидкости и подвешенной чашечки. При погружении чашечки в цилиндр с испытуемой суспензией на чашечке постепенно накапливается осадок и шпиц прогибается. За прогибом шпица следят при помощи отсчетного микроскопа. Но можно не подвешивать к шпицу чашечку, а укрепить ее к коромыслу торзионных (торсионных) весов, и за накопление осадка следят по перемещению стрелки на циферблате весов. (строят кривую осаждения, а затем кривую распределения).
2)Метод Вигнера. Этот метод основан на измерении гидростатического давления столба суспензии при выделении из нее дисперсной фазы в результате седиментации. Седиментация по этому методу проводится в специальном приборе- седиментометр Вигнера.
При закрытом кране, соединяющем оба колена прибора, в трубку 1заливают суспензию, а в узкую трубку 2 вводят дисперсионную среду, затем кран открывают. В начале уровень жидкости в трубке 2 выше, чем в 1, т.к. средняя плотность суспензии обычно больше, чем плотность среды. Но по мере выпадения дисперсной фазы суспензия и накопление осадка на дне трубки 1, плотность суспензии будет приближаться к плотности среды и разность уровней жидкости h в обоих коленах будет уменьшаться. Зависимость h от времени седиментации используют для построения кривой седиментации.
Лако-красочные материалы — производство
Технологии и оборудование для изготовления красок, ЛКМ
СЕДИМЕНТАЦИЯ И МЕТОДЫ СЕДИМЕНТАЦИОННОГО АНАЛИЗА
Наблюдение за скоростью седиментации в суспензиях, т. е. в дисперсных системах с достаточно большими частицами, облаДающих практически полной кинетической неустойчивостью, позволяет сравнительно легко и удобно определять размер частиц. Применяющиеся при этом методы получили название методов се — димептационного анализа.
Рассмотрим, как оседает в жидкости отдельная частица такой суспензии.
Оседание частицы, очевидно, происходит под действием силы тяжести /, которая с учетом на потерю в весе, по закону Архимеда, составляет:
Где V — объем частицы; р — плотность вещества частицы; ро — плотность среды; g— ускорение свободного падения
Оседанию противодействует сила трения f:
Где В — коэффициент трения между частицей и средой; и — скорость седиментации частицы
Вначале частица движется ускоренно, так как при малых скоростях сила тяжести превышает силу трения. По мере увеличения скорости движения сила трения возрастает и в некоторый момент уравновешивает силу тяжести, вследствие чего частица начинает двигаться с постоянной скоростью. При стационарном режиме оседания, очевидно, должно соблюдаться равенство:
Применительно к сферическим частицам это уравнение принимает вид
Vs»w3 (р — ро) G = бтуи (III, зэ)
Из уравнения (111,39) легко найти скорость седиментации частицы:
Реабилитация после инсульта: как ускорить восстановление
Инсульт принято считать болезнью стариков, но нередко болезнь проявляется в трудоспособном возрасте. Начиная с 30 лет, вероятность проявления заболевания возрастает. Но преклонный возраст — наиболее значительный фактор риска, 95% инсультов происходят с людьми от 45 лет, 2/3 из которых — после 65 лет.
Реабилитация после инсульта имеет свои особенности. Если пренебречь качеством лечения, вероятность повторения возрастает. Поражение мозга чревато потерей работоспособности, невозможностью вернуться к привычному образу жизни, депрессивными состояниями, прикованностью к постели.
Полностью восстановиться после инсульта возможно. Самое активное восстановление организма происходит в первые полгода после начала, а на возвращение необходимых функций может уйти до 2-3 лет.
Какие медицинские методики существуют
В лечении больных после инсульта важен комплексный подход. В современной медицине разработано несколько методов реабилитации.
Грамотный подход к лечебным процедурам приводит к большей вероятности возвращения пациента к нормальной жизни в итоге.
Как облегчить положение близкого
Если ваш родственник или близкий человек проходит восстановление после инсульта, следует еще до выписки продумать как ему помочь. Как показывает практика, при положительной атмосфере и поддержке со стороны семьи пациенту намного легче восстановиться, поэтому не следует проявлять негатив или ухудшать микроклимат.
Также необходимо оборудовать кровать для подопечного в удобном месте, чтобы были учтены все его потребности, запастись препаратами. Если был перенесен обширный инсульт, из-за чего человек стал малоподвижен, желательно приобрести противопролежневую систему. Чтобы ухаживающие за больным смогли не навредить ему и себе, сотрудники реабилитационных центров обучают их правилам ухода и техникам перемещения.
В бытовом плане понадобится обустроить самостоятельную жизнь пациента, чтобы он адаптировался к привычным для него условиям.
Как помочь себе самому
Самостоятельно заниматься реабилитацией невозможно, даже если это не самый сложный случай. Первое время обязательно потребуется помощь окружающих. В больничных условиях этим занимаются врачи и медсестры, а после выписки — родственники, друзья.
В это время человеку рекомендуется максимально оградиться от негативных мыслей и сконцентрироваться на реабилитации, поскольку желание исправить ситуацию приближает к этому. Также не стоит забывать о регулярном принятии медикаментов, прописанных врачом.
Чек-лист по восстановлению
Сегодня с инсультом может столкнуться каждый, независимо от возраста. Если это уже произошло, важно не отчаиваться, ведь современные специализированные клиники призваны упростить процесс восстановления. От близких же требуется чуткость, внимание и терпение по отношению к больному.