Дифузія і осмотичний тиск

Під впливом теплового і броунівського руху відбувається процес вирівнювання концентрації частинок по всьому об’єму розчину. Процес дифузії відбувається не тільки в молекулярних, але й у колоїднодисперсних розчинах. Колоїдні частинки обумовлють також і деякий осмотичний тиск. Внаслідок великих розмірів частинок і малих концентрацій їх осмотичний тиск дуже малий. Наприклад, 1% розчин цукрози (істинний розчин) має осмотичний тиск 0,0725 МПа, тоді як розчин золю золота тієї ж концентрації і за тих же умов має осмотичний тиск 0,000045 МПа. Крім того, частина величини осмотичного тиску в колоїдних розчинах припадає на домішки електролітів.

Осмотичний тиск колоїдних розчинів вимірюється спеціальними осмометрами. Колоїдні розчини володіють малим зниженням пружності пари, низькими величинами зниженням температури замерзання і підвищенням температури кипіння. Наприклад, температура замерзання золю золота при концентрації 1 г/л і розмірі частинок 4 нм менша, ніж чистого розчинника (води) на 0,000004ºС. Тому методи кріоскопічного та ебуліоскопічного визначення величини осмотичного тиску для них не придатні.

Залежність осмотичного тиску розчинів від величини дисперсності їх частинок характеризується відповідними рівняннями. Так, якщо два колоїдних розчини мають одинакову дисперсну фазу і вагову концентрацію С, але різні розміри частинок, то вагова кількість диспергованої речовини в одиниці об’єму дорівнює:

С = ¾3πr³dn, (9)

де: d – густина розчину; n – число частинок в одиниці об’єму; r – радіус частинок.

У випадку, коли у двох колоїдних розчинах однакове дисперсне середовище, при однаковій температурі їх осмотичний тиск можна виразити рівнянням:

(10)

Отож, осмотичний тиск колоїдних розчинів обернено пропорційний кубу радіуса їх частинок і прямо пропорційний кубу їх ступеня дисперсності.

Седиментація (від лат. sedimentum – осідання) – осідання частинок дисперсної фази в рідині чи газі під впливом гравітаційного поля або відцентрових сил. У колоїдних розчинах седиментація настає лише при укрупненні частинок у результаті перекристалізації або їх коагуляції.

Частинки дисперсної фази, що знаходяться в газоподібному стані або рідкому дисперсному середовищі, зазнають дії двох взаємопротилежних сил: сили тяжіння намагаються сконцентрувати частинки у нижніх шарах і сили дифузії намагаються перемістити дисперсну фазу аерозолів, колоїдних розчинів із зон більших концентрацій в зони менших концентрацій.

Здатність дисперсної системи зберігати рівномірний розподіл частинок по всьому об’єму називається седиментаційною або кінетичною стійкістю. Високодисперсні системи (істинні розчини) володіють значною кінетичною стійкістю і, навпаки, грубодисперсні системи є кінетично нестійкі, оскільки їх частинки практично не можуть здійснювати тепловий рух. Колоїдні розчини займають між ними проміжне положення.

Швидкість седиментації розраховують за рівнянням:

, (7.8)

де: 218 ≈ 2/9 g ; g – прискорення сили тяжіння; υ – швидкість осідання, см/сек; r – радіус частинок; η – в’язкість; d₁ – густина диспергованої речовини; d₂ – густина розчинника.

Залежність величини радіуса і швидкості осідання наведені в табл. 2

Таблиця 2