Giáo trình thực tập hóa lý part 9

Lý thuyết Các hệ thống phân tán phần lớn là các hệ đa phân tán, nghĩa là những hệ chứa nhiều loại hạt có kích thước khác nhau. Các tính chất lí hoá của hệ phân tán phụ thuộc rất nhiều vào độ phân tán và kích thước hạt của pha phân tán, vì vậy việc xác định sự phân bố của các hạt keo theo kích thước, tìm bán kính của các hạt lớn nhất, hạt nhỏ nhất và hạt có nhiều nhất trong hệ, xác định lượng hạt có bán kính nằm trong một khoảng nhất định v.v...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo trình thực tập hóa lý part 9 81 Bài số 15 PHÂN TÍCH SA LẮNG Mục đích Khảo sát độ phân tán và kích thước các cỡ hạt của hệ phân tán thô. Lý thuyết Các hệ thống phân tán phần lớn là các hệ đa phân tán, nghĩa là những hệ chứa nhiều loại hạt có kích thước khác nhau. Các tính chất lí hoá của hệ phân tán phụ thuộc rất nhiều vào độ phân tán và kích thước hạt của pha phân tán, vì vậy việc xác định sự phân bố của các hạt keo theo kích thước, tìm bán kính của các hạt lớn nhất, hạt nhỏ nhất và hạt có nhiều nhất trong hệ, xác định lượng hạt có bán kính nằm trong một khoảng nhất định v.v... là rất cần thiết. phương pháp phân tích sa lắng cho phép giải đáp các vấn đề đó. Trong bài thực nghiệm này chúng ta khảo sát sự sa lắng của các hạt huyền phù (hệ phân tán thô hay hệ vi dị thể) dưới tác dụng của trọng trường. Khi hạt rơi, lực tác dụng f của trọng trường lên hạt bằng: 43 f= πR (D − D)G (1) 3 ở đây: r là bán kính hạt D và d là tỉ khối của hạt và của môi trường g là gia tốc trọng trường Lực ma sát f’ của môi trường làm cản trở sự rơi của hạt: f’ = 6πηRV (2) ở đây: v là tốc độ rơi của hạt η là độ nhớt của môi trường. Lúc đầu, khi hạt bắt đầu rơi, v = 0 và f’ = 0 nhưng sau f’ tăng dần theo tốc độ rơi cho đến khi f’ = f thì hạt sẽ chuyển động đều với tốc độ v: (D − d )g 2 . r2 v= η 9 η 9 = K ta sẽ có: Nếu đặt 2 (D − d)g r2 = Kv (3) Theo (3) nếu xác định được tốc độ rơi của hạt sẽ xác định được bán kính của hạt. 82 Nếu ta đặt một cái đĩa cách mặt thoáng của hệ phân tán một đoạn h, để hứng lấy hạt rơi (hình 1) và giả thiết để rơi được đoạn đó hạt phải mất thời gian t thì v = h/t, do đó ta có: h r2 = K. (4) t Như vậy, khi biết được t sẽ xác định được r. Trong một hệ đa phân tán có rất nhiều loại hạt, mỗi loại hạt phải mất một khoảng thời gian khác nhau để đi hết đoạn đường h. Sau một thời gian tm nào đó, kể từ lúc bắt đầu sa lắng, tất cả các hạt bán kính rm tính theo công thức (4) và tất cả các hạt có bán kính lớn hơn rm đã phải rơi hết trên đĩa. Ngoài ra còn có một phần những hạt có bán kính bé hơn rm, nhưng do lúc đầu (ở thời điểm t = 0) vốn đã nằm gần đĩa nên cũng đã rơi lên đĩa. Kí hiệu lượng loại hạt có r ≥ rm là Qo và lượng loại hạt có r < rm đã rơi trên đĩa là q, thì tổng số lượng hạt đã rơi trên đĩa sau thời gian tm sẽ là: Q = Qo + q (5) Hình 1 Sự rơi của các hạt huyền phù (Cần lưu ý rằng sau thời gian tm loại hạt có bán kính nhỏ hơn rm vẫn còn lơ lửng trên đĩa và đang tiếp tục rơi trên đĩa). Lấy đạo hàm của Q theo thời gian t ta có: dQ o dQ dq = + dt dt dt dq q dQ = Chú ý rằng Qo là hằng số và chấp nhận , ta có q = t ; thay vào (5) ta có: dt t dt dQ Q = Qo + t (6) dt Nếu biểu diễn sự phụ thuộc của Q theo t sẽ được một đường gọi là đường cong sa lắng (hình 2). Lúc mới bắt đầu sa lắng, thường chỉ có loại hạt bán kính lớn nhất (rmax) rơi lên đĩa cân, dQ lượng hạt sa lắng tỷ lệ với thời gian nghĩa là =const, nên đường sa lắng là một đoạn thẳng dt (đoạn OA) và điểm A ứng với thời gian tmin là thời gian các hạt lớn nhất đã rơi hết lên đĩa. dQ ≠ const và đường sa lắng là Đoạn OO1 là lượng của loại hạt rmax. Ở các th ...