Экспериментальные результаты.

С целью изучения взаимовлияния частиц при осаждении проведены эксперименты при различных начальных концентрациях твердой фракции. Дисперсной фазой во всех проведенных экспериментах являлся молотый песок (средний размер частиц исследуемого материала = 3,6 мкм.).

В результате анализа проб, отобранных в проведенных экспериментах, получены два семейства зависимостей. Первая - изменение в ходе эксперимента общей концентрации твердой фракции в точке отбора проб (рис.4). Каждому указанному в легенде к рисунку значению исходной концентрации соответствует отдельная кривая. Уже на основании этих кривых можно сделать вывод о том, что чем выше концентрация суспензии, тем медленнее она седиментирует. Это традиционно связывается с увеличением эффективной вязкости, плотности суспензии, а также с генерацией встречных потоков жидкости, вытесняемой осаждающимися частицами. Второе семейство кривых - это изменение во времени распределения частиц по размерам (рис.5). Эти зависимости можно трансформировать в изменение концентраций каждой фракции твердого вещества по формуле , где - массовая доля i-той фракции. Имея временную зависимость изменения концентрации отдельных фракций по формуле (1), рассчитываются седиментационные скорости для частиц различной крупности. На рис.6 приведены кривые зависимости скорости седиментации от размера частиц, соответствующие различным моментам времени взятия проб. Кроме того на рис.6 нанесена кривая скоростей, подсчитанных по формуле Стокса. Из приведенных результатов следует, что мелкие фракции частиц ( < 1 мкм) имеют при всех моментах времени скорости больше, чем частицы фракций средних размеров (2 мкм < < < 4 мкм ). Зависимость скорости седиментации от размера частиц в каждый момент времени носит немонотонный характер. Для частиц с размером порядка 1-2 мкм скорости седиментации минимальны. Глубина минимума падает с ходом времени, и кривые приближаются к кривой Стокса. Последнее связано с тем, что с течением эксперимента изменяется общая концентрация суспензии (рис.4) и взаимодействие частиц между собой уменьшается.

Из рис.6 следует, что мелкие частицы седиментируют гораздо быстрее, чем это можно предсказать, пользуясь формулой Стокса. Это ускорение может достигать десятков и сотен раз.

Рис. 4

Рис. 5

Рис. 6

Ускорение оседания мелких частиц может оказывать влияние на состав седимента, в частности, на способность седимента аккумулировать загрязнения, большей частью распределенных на мельчайших фракциях.

ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ ПО ПРАКТИЧЕСКОЙ РАБОТЕ

1. Что такое седиментация? Существует ли противоречие между существованием данного метода и принципом Галилея о независимости ускорения свободного падения от массы тела ?

2. Назовите основные трудности при применении метода седиментации к макромолекулам и способы преодоления этих затруднений?.

3. Какие устройства используются для реализации метода седиментации и каковы их основные характеристики ?

4. Как определяется скорость седиментации ?

5. Каков принцип метода сорости седиментации ?

6. Опишите силы действующие на макромолекулу в процессе седимен-тации. Почему молекулы седиментируют равномерно ?

7. Как определяется молекулярная масса макромолекул. Какие величины необходимо измерить в эксперименте для её определения ?

8. Что такое скорость седиментации, коэффициет седиментации и парциальный удельный объем и почему его необходимо измерять с высокой точностью?

9. Как измеряется плотность раствора и константу седиментации ?

10. Какова качественная зависимость скорости седиментации и коэффициента диффузии от массы макромолекулы (на основе анализа данных из Таблицы 1) ?

11. Что общего между процессом осветления полидисперсной суспензии и седиментацией ?

12. Какая методика используется в эксперименте, описанном в данной практической работе ? Какая проблема возникает при исследовании скорости седиментации мкм-диапазоне размеров частиц и как она решается?

13. Как готовится суспензия для экспериментов ? Опишите особенности конструкции центрифуги. Как исследуется распределение частиц в приборах фирмы Malvern ?

14. Опишите (качественно) результаты эксперимента и основные выводы, вытекающие из этих результатов ?