Потенциал оседания. 
Коллоидная химия

Потенциал оседания U_oc также имеет другое название — потенциал седиментации, поскольку процесс оседания частиц называют седиментацией.

?? Подробнее о седиментации см. в параграфах 8.4 и 8.5.

Потенциал возникает при оседании твердых или жидких частиц в жидкой или газообразной дисперсионной среде.

Возникновение потенциала как следствие относительного перемещения фаз не должно зависеть от системы отсчета: при возникновении потенциала течения — смещение жидкой фазы относительно твердой, при возникновении потенциала оседания — наоборот. Поэтому уравнение, выведенное для потенциала течения, может быть взято за основу при вычислении потенциала оседания.

<4 Уравнение для потенциала течения (с учетом и без учета изменения скорости течения жидкости по толщине капилляра) выведено в параграфе 5.4.

Поскольку оседание происходит в сравнительно больших емкостях, будем считать, что скорость движения частиц одинакова во всем пространстве, и используем уравнение потенциала течения, выведенное без учета изменения скорости, но толщине.

Рассмотрим оседание частиц суспензии под действием силы тяжести в цилиндре основанием S и высотой столба жидкости /?.

В уравнении для вычисления потенциала течения заменим величину давления АР на отношение силы тяжести Р_тяж, действующей на оседающие частицы, к площади основания цилиндра S:

Сила тяжести, действующая на частицы дисперсной фазы, оседающие в жидкости:

где m — т₀ — масса частицы с учетом архимедовой поправки; g — ускорение свободного падения; п — число частиц в изучаемом объеме суспензии; К-д ^— объем одной частицы; р и р₀ — плотности дисперсной фазы и дисперсионной среды.

Тогда С целью дальнейших преобразований домножим числитель и знаменатель на рh, где h — высота столба жидкости:

V_%t n.

Здесь соотношение ^ед = т_А ф — масса дисперсной фазы; произведение.

ShV — объем суспензии, а отношение массы дисперсной фазы к объему суспензии — это весовая (массовая) концентрация [кг/м³]: ^д ^ = С_масс.

С учетом сказанного выше потенциал оседания суспензии с известной концентрацией частиц с высоты И равен.

Вопросы практики.

С явлением потенциала оседания приходится считаться в производствах, в которых осуществляется осаждение суспензий, отстаивание эмульсий. На концах труб и аппаратов могут возникать высокие разности потенциалов, которые являются причиной искровых разрядов, вызывающих пожары и взрывы.

В атмосферных аэрозолях процессы оседания осложняются движением капель при ветре и возникновением электрического потенциала на капельках воды. В облаках заряд на капельках воды возникает при столкновении с ионами газов атмосферы и поляризации поверхностных молекул. Низкая электрическая проводимость и низкая вязкость воздуха, высокая массовая концентрация капель воды в облаках приводят к значительному увеличению потенциала оседания и возникновению между облаком и землей электрического поля напряженностью до 20—30 кВ/м. Это соответствует пробою диэлектрика (воздуха), т. е. появлению молнии.

Интерактивный компонент

В природных водоемах постоянно происходит оседание частиц почвы, однако мы не замечаем существования разности потенциалов на разной глубине пруда. Почему?

Вычислим потенциал, возникающий при оседании суспензии глины в неочищенной воде (ситуация оседания глины в естественном водоеме).

Предположим, что в 1 м³ суспензии содержится 150 кг глины (это соответствует 150 г/л). Примем, как и в предыдущих вычислениях, удельную электропроводность среды равной 14,7 • 10 ³ Ом^-1 • м^-1, вязкость — 10~³ Па • с, электрокинетический потенциал — 0,008 В. Плотность глины — 2200 кг/м³, плотность воды — 1000 кг/м³, высота оседания — 1 м. Тогда.

Резюме.

Потенциал оседания (потенциал седиментации) — возникновение разности потенциалов при движении частиц дисперсной фазы относительно неподвижной дисперсионной среды.