29 Эффект Марангони

Растекание жикдости с меньшим поверхностным натяжением по жикдости с большим поверхностным натяжением – эффект Марангони. Движение (течение) в поверхностных слоях, вызываемых градиентом поверхностного натяжения.

Эффект Марангони — явление переноса вещества вдоль границы раздела двух сред, возникающее вследствие наличия градиента поверхностного натяжения. Такая разновидность конвекции называется капиллярной или конвекцией Марангони.

Возникновение градиента поверхностного натяжения может быть вызвано градиентом концентрации или градиентом температуры. В последнем случае помимо эффекта Марангони имеет место эффект Бенара и такая конвекция называется термокапиллярной (конвекция Бенара — Марангони). Чем больше у жидкости поверхностное натяжение, тем с большей силой она стягивается. Поэтому при наличии градиента поверхностного натяжения жидкость будет перемещаться в область с большим коэффициентом поверхностного натяжения вследствие самопроизвольного уменьшения энергии Гиббса поверхности. Если предположить, что течение следует закону Ньютона, то тогда напряжение сдвига P = dσ/dx – расстояние по поверхности «х» в направлении движения жидкости. При растекании, например, раствора ПАВ градиент пов. натяжения можно разложить на 2 сомножителя: dσ/dx = (dσ/dc)(dc/dx). Первый сомножитель характеризует поверхностную активность ПАВ, а второй – градиент его концентрации в направлении движения

Однако, в большинстве случаев эффект Марангони незначителен, поскольку обычно он перекрывается конвекцией жидкости под действием силы тяжести вдоль градиента плотности.

Наиболее известное проявление эффекта Марангони — «слёзы вина», является следствием того, что этанол имеет более низкое, чем у воды, поверхностное натяжение. Если спирт смешивается с водой неоднородно, область с меньшей концентрацией алкоголя будет иметь больший коэффициент поверхностного натяжения и стягивает окружающую жидкость сильнее, чем область с более высокой концентрацией спирта. В результате такая смесь имеет тенденцию перетекать в области, где концентрация алкоголя меньше. Такой областью является мениск у стенки бокала, где испарение наиболее интенсивно.

Растекание раствора ПАВ (например, мыльного раствора) на поверхности воды.

Растекание нефти на воде.

30. Тиксотропия.

Тиксотропия - способность некоторых структурированных дисперсных систем самопроизвольно восстанавливать разрушенную механическим воздействием исходную структуру.

Тиксотропия проявляется в разжижении при достаточно интенсивном встряхивании или перемешивании гелей, паст, суспензий и других систем с коагуляционной дисперсной структурой и их загущении (отвердевании) после прекращения механического воздействия. Тиксотропное восстановление структуры — механически обратимый изотермический процесс, который может быть воспроизведён многократно. В более широком смысле тиксотропия — временное понижение эффективной вязкости вязко-текучей или пластичной системы в результате её деформирования независимо от физической природы происходящих в ней изменений.

Тиксотропия имеет важное практическое значение. Тиксотропные материалы используют в технологии силикатов, пластических масс, пищевых продуктов. Тиксотропными свойствами обладают некоторые водоносные грунты (плывуны), биологические структуры, различные технические материалы (промывочные глинистые растворы, применяемые при бурении нефтяных скважин, краски, смазки и др.).

Примерами типичных тиксотропных структур могут служить системы, образующиеся при коагуляции водных коллоидных дисперсий гидроокиси железа, гидроокиси алюминия, пятиокиси ванадия, суспензий бентонита, каолина.