• Гідрологія і Гідрометрія
• Господарське право
• Економіка будівництва
• Економіка природокористування
• Економічна теорія
• Земельне право
• Історія України
• Кримінально виконавче право
• Медична радіологія
• Методи аналізу
• Міжнародне приватне право
• Міжнародний маркетинг
• Основи екології
• Предмет Політологія
• Соціальне страхування
• Технічні засоби організації дорожнього руху
• Товарознавство продовольчих товарів

РОЗЧИННИ ВИСОКОМОЛЕКУЛЯРНИХ СПОЛУК.

ФІНАНСУВАННЯ ОХОРОНИ ПРАЦІ.

Основні принципи і джерела. Заходи і засоби з охорони праці, витрати на здійснення і придбання яких включаються до валових витрат.

Системи з рідкою дисперсною фазою

До цього класу дисперсних систем належать суспензії, емуль­сії і піна. Слід зазначити, що для цих дисперсних систем диспер­сійне середовище (рідина) – надто наближена умова.

1. Суспензії. Суспензії – це завись порошків у ріди­нах. При достат-ньому вмісті вологи до суспензій можна віднести ґрунти, глиняне тісто, цементні і вапняні розчини, кольорові лаки і фарби та ін.

Суспензії одночасно поглинають і розсіюють світло. При цьому, на від-міну від опалесцентних золів, вони виявляють кала­мутність не тільки в бічному, але й у прохідному світлі. Для них характерне подвійне промене-заломлення у потоці.

У суспензіях не спостерігаються такі явища, як осмотичний тиск, броунівський рух, дифузія, характерні для звичайних ліозолів. Крім того, суспензії належать до седиментаційно нестійких систем.

За агрегативною стійкістю суспензії мають багато спільного із звичай-ними ліозолями. Як правило, частинки суспензій мають подвійний електрич-ний шар. Електрохімічний потенціал можна визначити традиційними мето-дами (мікроелектрофорелектрофорез, або електроосмос). Суспензіям власти-ве явище коагуляції піддією елект­ролітів.

Слід зауважити, що для суспензій спостерігаються процеси, не властиві для звичайних колоїдних систем. Деякі з них відбу­ваються по-іншому. До цих явищ належать седиментація і флота­ція, розглядалися вище, а також процеси фільтрації і кольматації. Фільтрація суспензій визначається дисперсністю і ступенем агрегації частинок, а також утворенням і здатністю до самоущі­льнення коагуляційної структури в осаді, що фільтрується. Тому фільтрація суспензій є складним фізико-хімічним процесом, на який впливають всі фактори, які керують агрегацією частинок і розвитком коагу-ляційних структур.

Таким же складним є й процес кольматації – проникнення (занесення) дрібних глинистих або мулистих частинок у пори ґрунту для зменшення водопроникності різних гідротехнічних споруджень – дамб, гребель та ін.

2. Емульсії. Емульсії – це колоїдні структури, в яких дисперсна фаза також є рідиною. Їх одержують за умов, подібних тим, які необхідні для одержання систем з рідким дисперсійним середовищем і твердою дисперс-ною фазою. Обидві рідини мають бути нерозчинними чи слабко розчинними одна в одній. При цьому в системі повинні бути стабілізатори, які у даному випадку називаються емульгаторами. Стійкість емульсій визначається співвідношенням густини фаз: чим ближче густина дисперсної фази до густини дисперсійного середовища, тим стійкіша емуль­сія з точки зору седиментації.

Характерним для емульсій є сферична форма частинок дис­персної фази. Дисперсність ліофобних емульсій, як правило, ни­жча, ніж дисперсність золів з твердою дисперсійною фазою.

Слід виділити з усього класу емульсій так звані критичні лі­офільні емульсії. Вони, як правило, утворюються з двох рідин, які обмежено змішу-ються (наприклад, вода – анілін, вода – ізо­аміловий спирт) при температу-рах, близьких до критичної тем­ператури змішування. Це така температу-ра, при якій поверхне­вий натяг на межі розподілу фаз мінімальний. За цих умов спо­стерігається ефект самодиспергування, в результаті якого утво­рюється найтонша емульсія. В такій емульсії процеси коалесцен­ції компен-суються прагненням обох фаз до рівномірного розподі­лу по об'єму.

Зрозуміло, що будь-яка критична емульсія – це термодинамі­чна стійка система, яка потребує емульгаторів. Характерною її властивістю є існування в дуже вузькому температурному інтер­валі і, крім того, непостійність складу частинок дисперсної фази. Це означає, що крапельки критичної емульсії постійно утворю­ються в системі і постійно зникають. Певною мірою цей процес нагадує утворення асоціатів у рідині в результаті флуктуації її гу­стини.

Розглянемо деякі конкретні питання, пов'язані з утворенням і поведінкою емульсій.

Класифікація емульсій. Емульсії класифікують або за характером дисперсної фази і дисперсійного середовища, або за концентрацією дисперс-ної фази в системі.

Згідно з першою класифікацією емульсії поділяють на:

– емульсії першого виду, або прямі (емульсія олії у воді) – це неполярна або слабко полярна дисперсна фаза в сильно полярно­му дисперсійному середовищі;

– емульсії другого виду, або зворотні (емульсія води в олії) – сильно полярна дисперсна фаза і неполярне або слабко полярне дисперсійне середо-вище.

Згідно з другою класифікацією емульсії поділяють на розве­дені, концентровані і висококонцентровані, або желатинопо­дібні:

– розведені емульсії містять до 0,1% дисперсної фази. Вони, як правило, високодисперсні (частинки порядку 0,1 мкм); утво­рюються без введення в розчин емульгаторів. Певною мірою для цих емульсій властивий електро-форез, хоча про природу виник­нення заряду не існує єдиної точки зору. Ці емульсії мають багато спільного з ліофобними золями. У першу чергу це стосується електрокінетичних властивостей систем (встановив Повіс). Агрегативна стійкість пояснюється незначною концентрацією части­нок: імовірність зіткнення частинок дисперсної фази дуже мала.

– концентровані емульсії містять до 70 74 % дисперсної фази. Розмір їх коливається від 0,1 мкм до 10,0 мкм і вище. За розмірами частинок ці емульсії можна віднести скоріше до мікрогетерогенних систем. Вони легко седиментують, причому тим ле­гше, чим більша різниця густини фаз. Якщо дисперсійне середо­вище має нижчу густину, то спостерігається ефект зворотної се­диментації – частинки спливають.

– висококонцентровані емульсії (желатиноподібні) мають концентра-цію частинок вищу 75 %. Характерна риса – деформу­вання крапельок дисперсної фази і їх схожість з багатогранника­ми. Особливі механічні властивості виявляються зі збільшенням концентрації: при досить великих концентраціях висококонцент­ровані емульсії набувають властивостей гелю. Наприклад, їх мо­жна різати ножем.

Агрегативна стійкість. Як правило, емульсії агрегативно нестійкі через надлишок вільної поверхневої енергії на міжфазній поверхні. Процес довільного утворення агрегатів з окремих крапельок одержав назву коалес-ценції. Граничний випадок коа­лесценції – розшарування емульсії на два шари.

Агрегативна стійкість емульсій характеризується одним із двох або обома параметрами:

– швидкістю розшарування емульсії;

– тривалістю існування (часом життя) окремих крапель.

На агрегативну стійкість емульсій суттєво впливає наявність у системі емульгатора. Природа його визначає не тільки агрега­тивну стійкість, але й тип емульсії. Так, гідрофільні емульгатори сприяють утворенню емульсій типу «олія – вода» (о/в), а гідро­фобні – емульсій типу «вода – олія» (в/о). Емульгаторами можуть бути різні за природою речовини: поверхнево-активні речовини (ПАР), іоногенні полімерні групи (мила в широкому розумінні цього терміну), неіоногенні ПАР, високомолекулярні сполуки і навіть порошки.

Стабілізуючу дію мила і милоподібних речовин на емульсії типу «олія - вода» пояснюють різними факторами:

– електричним зарядом, що виникає на поверхні крапельок емульсії, стабілізованої милом;

– утворенням на поверхні крапельок емульсії структурованих гелеподіб-них осадів емульгатора (роботи Ребіндера і Таубмана);

– адсорбцією на поверхні крапельок води досить довгих і гнучких ланцюгів мила (емульсії другого виду);

– захисною дією крупинок, які утворилися з лужноземельних мил або продуктів гідролізу (зворотні емульсії).

У цілому слід відзначити, що емульгуюча дія ПАР тим ефек­тивніша, чим краще збалансовані полярні і неполярні частини емульгатора з обома фазами емульсії.

Стабілізація емульсій твердими емульгаторами можлива тільки тоді, коли розміри частинок порошку менші крапельок емульсії.

Методи одержання і руйнування емульсій. Основні практичні методи одержання емульсій – механічне диспергування дисперсної фази в дисперсійному середовищі в присутності ему­льгатора. Застосовують також струшування, вібрацію з викорис­танням спеціальних емульгаторів, мішалки, колоїдні млини, ульт­развук.

Крім того, емульсії можуть виготовлятися методом довільно­го диспергу-вання. Це, в першу чергу, олії, які застосовуються в техніці як охолоджу-вальні рідини при обробці металів методом різанням. Довільне диспергу-вання відіграє значну роль у живій природі в процесі травлення.

Іноді ставиться протилежне завдання – зруйнувати емульсію. Цей процес набагато складніший за процес емульгування. Реалі­зується він, як правило, за допомогою центрифугування, фільтру­вання, електрофорезу, нагрівання.

Для деяких емульсій спостерігається так зване обернення фаз: дисперсна фаза перетворюється в дисперсійне середовище, і навпаки. Таке явище спостерігається при введенні в емульсію ре­човин, здатних змінювати природу емульгатора.

Можливе утворення множинних емульсій (крапельки олії мі­стяться усередині крапельок води).

Практичне значення емульсій і емульгування

Емульсії у природі і техніці мають велике значення.

Приклади природних емульсій:

– латекс - молочний сік різних каучуконосів, з яких шляхом коагуляції виділяють натуральний каучук; стабілізація латексу здійснюється рослин-ними білками;

– молоко - стабілізована тваринними білками емульсія жирів у воді; воно є основною сировиною для виробництва різних мо­лочних продуктів;

– яєчний жовток.

Приклади синтетичних емульсій:

– гербіциди і інсектофунгіциди для оприскування;

– емульсії бітуму у воді (при проведенні ремонту доріг);

– синтетичні латекси.

У харчовій промисловості до емульсій відносяться маргарин, майонез, різні соуси, кетчупи та ін.

Особливу роль відіграють емульсії у фармацевтичній проми­словості. Багато лікарських форм для внутрішнього вживання – це емульсії першого виду, для зовнішнього використання – ему­льсії другого виду.

Слід звернути увагу на боротьбу з утворенням емульсій. Це явище є небажаним є утворення емульсій при видобутку нафти, переробці нафтопродуктів, у хімічній промисловості при проми­ванні водою нерозчин-них, але емульгуючих рідин та вді інших випадках.

Процес руйнування емульсій є складовою частиною техноло­гічних процесів переробки молока, латексу, у паперовій і шкіря­ній галузях промис-ловості (крапельки дисперсної фази тієї чи ін­шої рідини необхідно відкласти на поверхні рослинного чи шкі­ряного волокна).

3. Піни. Типова піна - дуже груба, висококонцентро- вана дисперсія газу (найчастіше - повітря) у рідині. Бульбашки газу в таких системах мають розміри порядку міліметрів, а в окремих випадках - сантиметрів. Окремі пухирці піни, завдяки надлишку газової фази і взаємному здавлюванню, втрачають сфе­ричну форму і перетворюються у поліедричні чарунки, стінки яких складаються з дуже тонких плівок дисперсійного середови­ща. Вони (плівки) дуже тонкі; часто відбувається явище інтерфе­ренції світла, що свідчить про порівнянність товщини плівки з довжиною світлової хвилі.

Поліедричні чарунки утворюють чарункову структуру, в якій на одному ребрі сходяться три поверхні, розташовані під кутом 120⁰. В одній точці структури не можуть сходитися більше чоти­рьох ребер. Це вимога дотримання мінімуму вільної енергії. У пі­нах відсутній броунівський рух молекул. Чарункова структура за­безпечує певну жорсткість або механічну міцність. За багатьма параметрами піни схожі з висококонцентрованими емульсіями.

Газована вода і шипучі вина (шампанське) - приклади піно- подібних структур з низькою концентрацією газу в рідкому дис­персійному середовищі. Ці системи вкрай нестійкі й існують не­довго.

Піни утворюються при диспергуванні газу в рідкому середо­вищі в присутності стабілізаторів (піноутворювачів).

Міцність і тривалість існування піни (час життя) залежить від стійкості плівкового каркасу, властивості якого визначаються природою і кількістю піноутворювача. Типові піноутворювачі: спирти, жирні кислоти і мила, милоподібні речовини, білки, глю­козиди і т.д.

Агрегативна стійкість піни. Агрегативна стійкість пі­ни визнача-ється тривалістю існування піни, тобто часом від мо­менту утворення стовпа піни до моменту повного її руйнування. Інший спосіб оцінки - по висоті стовпа піни, який утворюється при пропусканні через пінисту рідину струменя повітря.

Стійкість також оцінюється тривалістю існування окремої бульбашки газу.

Стійкі піни одержують з використанням мила і милоподібних речовин. Спирти і жирні кислоти дають менш стійкі піни.

Високомолекулярні піноутворювачі дають найбільш стійкі піни (трива-лість життя досягає декількох тисяч секунд), причому тривалість життя зростає зі збільшенням концентрації піноутворювача.

Крім природи і концентрації піноутворювача, на стійкість пі­ни вплива-ють температура, в'язкість розчину, присутність у ньо­му електролітів і рН середовища.

Причини стійкості піни. Механізм стійкості піни по­яснюється дією різних факторів: дією ефекту Гіббса, в'язкістю плівки або особливими механічними властивостями (структурно-механічний фактор стійкості), наявністю з внутрішнього бо­ку поверхні плівки гідратних або подвійних електричних шарів (термодинамічний фактор стійкості). Ці фактори детально про­аналізовані в роботах Гіббса, Плато, Ребіндера, Дерягіна, Тітієвської та описані в спеціальній літературі.

Спільна точка зору учених - відсутність єдиної теорії стійко­сті піни; умови одержання впливають як на саму стійкість шни, так і механізми її забезпечення.

Методи одержання пін та їх практичне значен­ня. Основні методи одержання - це пропускання бульбашок від­повідного газу через розчин піноутворювача або інтенсивне пере­мішування розчину піноутворю-вача з газом.

У деяких випадках необхідно позбутися піни. Для цього викори­стовують спеціальні протипінні або речовини-піногасильники: спирти, складні ефіри та інші подібні їм речовини.

Другим способом гасіння піни є вплив високих температур - так зване перепалювання піни.

Піни відіграють важливу роль у флотаційних процесах, при пранні, очищенні рідин від ПАР, а також процесах пожежогасіння. Суть методу - запобігання доступу кисню до джерела горіння.

3.1 Системи з твердим дисперсійним середовищем

Колоїдні системи з твердим дисперсійним середовищем час­тіше назива-ють твердими золями. Дисперсною фазою можуть бу­ти гази, рідини або тверді тіла.

Система Г/Т називається твердою піною. Прикладом при­родної системи такого типу є пемза - порода вулканічного похо­дження. Штучні тверді піни - піноскло, пінобетон, мікропориста гума, пінопласти.

Системи Р/Т зустрічаються вкрай рідко. Приклад - чорний фосфор, що є диспергованою ртуттю у розплавленому фосфорі.

Системи Т/Т - найбільш представницький клас грубодисперсних, дрібнодисперсних і колоїдних систем. Це забарвлені кош­товні і напів-коштовні камені, кольорове скло, емалі, мінерали, деякі сплави.

З найбільш важливих систем Т/Т слід виділити більшість ге­терогенних сплавів. Залежно від умов одержання, вони можуть відповідати молекуляр-ному розчину, колоїдній системі або грубі і і дисперсії. Приклад - звичайна сталь, в якій аустеніт відповідає молекулярному (істинному) розчину, мартенсит - колоїдному розчину, перліт - мікрогетерогенній системі. У чавунах вуглеці., що є дисперсною фазою, формує структуру, близьку за дисперсністю до колоїдної.

Утворення колоїдних і мікрогетерогенних систем з твердим дисперсій-ним середовищем відбувається в основному через розплав. Це основа техно-логії одержання пінопластів. При одержані цих систем методом диспергу-вання в розплаві диспергує газ, рідина або тверде тіло. Такий розплав називається пірозолем. При охолодженні пірозолю відбувається його затвер-діння і утворення колоїдної або мікрогетерогенної структури з твердим дисперсійним середовищем. Стійкість пірозолю, а отже дисперсність системи можна підвищити введенням відповідного стабілізатора (приклад - рубінове скло).

4. Загальні характеристики аерозолів. Ко­лоїдні системи цього класу називають аерозолями. Аерозолі від­різняються від ліозолів малою в'язкістю дисперсійного середо­вища і розрідженістю. Крім того, в аерозо-лях не спостерігається таке явище, як формування подвійного електричного шару, оскі­льки в газовому середовищі не можуть відбуватися процеси елек­тричної дисоціації.

Класифікація. Всі існуючі види аерозолів класифікують за трьома основними ознаками:

- за агрегатним станом дисперсної фази;

- за дисперсністю;

- за методами одержання.

За агрегатним станом аерозолі поділяють на тумани, дими і пил. Тумани – це аерозолі з рідкою дисперсною фазою, дими– з твердою дисперсною фазою,пил – з твердою дисперсною фазою, але досить великими розмірами частинок.

Такий розподіл є дуже умовним. Так, багато димів утворю­ються в результаті згоряння різних речовин і можуть містити як тверді, так і рідкі частинки. Якщо при цьому тверді частинки ад­сорбують певну кількість вологи, то такий аерозоль буде одноча­сно і димом, і туманом. Приклад - смог (англійський туман).

За дисперсністю аерозолі з твердою дисперсною фазою поді­ляють на дими (розміри частинок 10^-910^{-5 м)} і пил (розміри ча­стинок більше 10 ^-5 м). Тумани мають досить великі розміри кра­пель - порядку 10 ^-7 10 ^-5 м.

За методами одержання аерозолі поділяють на диспергаційні і конденсаційні. Диспергаційні аерозолі, як правило, полідисперсні. Конден-саційні аерозолі відносяться до високодисперсних си­стем з більш однорід-ними за розмірами частин.

Форма частинок аерозолю залежить від агрегатного стану речовини дисперсної фази. Так, для рідкої дисперсної фази харак­терна сферична форма частинок. Для твердої дисперсної фази ефект анізодіаметричності виражений досить чітко: частинки ае­розолю можуть мати будь-яку форму.

Оптичні властивості такі самі, як і в колоїдних системах в цілому. Характерною рисою є те, що внаслідок високої розрі­дженості і великої різниці між густиною дисперсної фази і диспе­рсійного середовища деякі оптичні характеристики аерозолів ви­ражені більше, ніж ліозолів. Так, наприклад, світлорозсіювання виявляється чіткіше в аерозолях. Цю особли-вість використовують при створенні димових завіс. Найбільшу здатність розсіювати світло (маскувати) мають дими Р₂О₅, яку умовно приймають за одиницю.

НАПІВКОЛОЇДИ І РОЗЧИНИ ВИСОКОМОЛЕКУЛЯРНИХ СПОЛУК

Існує особливий клас систем, які залежно від зовнішніх і вну­трішніх умов виявляють властивості істинних розчинів або гру- бодисперсних систем, причому перехід між цими станами відбу­вається досить плавно. Схема подібних переходів має такий ви­гляд:

Істинний розчин « золь « гель

Зміна умов дозволяє одержувати або гомогенну систему, що складається з молекул (істинний розчин: рівновага зміщується вліво за схемою), або гетерогенну, частинки є з'єднанням моле­кул. Це не асоціати, а міцели, які існують досить довго, поки в результаті зміни зовнішніх умов рівновага не зміститься в будь- який бік від того стану, в якому перебувала система.

Слід також відзначити: безперервність переходу за наведе­ною вище схемою означає, що на певних тимчасових проміжках структурні перетво-рення відбуваються не повністю. У системі, в якій утворюються міцели, деякий час продовжує існувати певна кількість істинно розчиненої речовини дисперсної фази.

Такі системи називаються нанівколоїдами (семиколоїди). Типові представники таких систем - водяні розчини мил, танідів (дубильні речовини), деякі барвники.

Розглянемо найбільш характерні особливості поведінки на- півколоїдів на прикладі водяних розчинів мил. Ці системи знай­шли широке застосування в різних галузях промисловості та у повсякденному житті.

Читайте також:

1. Валентність — це здатність атомів одного елемента сполу­чатися з певним числом атомів інших елементів під час утворення хімічних сполук.
2. Електролітична дисоціація (йонізація) — це розпад електролітів на сольватовані (гідратовані) йони під дією молекул розчинника.
3. Інтоксикація ароматичними вуглеводами та органічними розчинниками
4. Карбон — структуроутворюючий елемент органічних сполук.
5. Концентрація розчина – це кількість розчиненої речовини в певній кількості розчину або розчинника.
6. Правила безпечної роботи з органічними розчинниками.
7. Реакції з участю металоорганічних сполук.
8. Рукавички стійкі до дії концентрованих кислот, лугів, окислювачів, ароматичних розчинників
9. СКЛАД ТА ВЛАСТИВОСТІ ВОДОРОЗЧИННИХ ВІТАМІНІВ.
10. СКЛАД ТА ВЛАСТИВОСТІ ЖИРОРОЗЧИННИХ ВІТАМІНІВ.
11. ТЕМА: Теорія сильних та слабких електролітів. Рівновага в розчинах малорозчинних електролітів. Теорії кислот та основ. Дисоціація води. рН

Переглядів: 1571