Хід роботи

В пробірку наливаємо 1-2 мл толуолу (неполярна рідина) з барвником - суданом III. При цьому рідина забарвлена в червоний колір. Потім додаємо таку ж кількість води (полярна рідина), закриваємо пробірку гумовим корком і сильно перемішуємо. Переконуємося в тому, що емульсія, яка утворюється при перемішуванні, є нестабільною і швидко розшаровується.

Далі в ту ж пробірку доливаємо 1мл 3%-ого розчину олеату натрію і вміст пробірки знову сильно перемішуємо. Одержуємо відносно стабільну емульсію. Щоб визначити тип емульсії, відбираємо краплю її, розміщуємо на предметному склі і розглядаємо в мікроскоп при невеликому збільшенні.

Після цього в пробірку доливаємо декілька крапель водного розчину CaCl₂і 2 мл толуолу, і рідину сильно перемішуємо. Розглядаємо в мікроскоп краплю емульсії і встановлюємо, чи відбулась інверсія.

Олеат натрію (мило) добре розчинний у воді, тому він може бути використаний як емульгатор при одержанні стабільних емульсій типу "олія у воді".

Введення в розчин йонів кальцію, що утворюють водонерозчинний олеат, змінює картину на обернену. Олеат кальцію сприяє утворенню емульсії "вода в олії". При достатній кількості "олії" відбувається перехід емульсії типу О/В у В/О – її інверсія. Вводячи в емульсію барвник, наприклад, суданIII, добре розчинний в неполярних рідинах, можна визначити, яка з рідин виконує функцію дисперсної фази, а яка - дисперсійного середовища.

Мікроскопічну картину емульсії О/В і В/О зарисовуємо у звіті, схематично показуюючи розташування шару емульгатора на міжфазній поверхні (поверхні краплі ДФ), користуючись загальноприйнятими символами.

Питання на самостійну підготовку

1. Класифікація дисперсних систем:

а) за агрегатним станом ДФ і ДС;

б) за взаємодією між частинками ДФ;

в) за взаємодією між частинками ДФ і ДС;

г) за топографічною ознакою;

д) за ступенем дисперсності.

2. Характеристика мікрогетерогенних систем (емульсії, піни, суспензії).

Зразок картки контролю знань

1. Емульсії, їх типи. Інверсія емульсій.

2. Емульгатори, їх роль в утворенні та стабілізації емульсій.

3. Класифікація дисперсних систем за агрегатним станом ДФ і ДС.

Література

[3] §57-64, [7] Розд. 5

Лабораторна робота № 5

Седиментаційний аналіз суспензій

Мета роботи: провести седиментаційний аналіз суспензії глини у воді.

Прилади і матеріали:

1. Торсійна вага;

2. Мірний стакан на 1000 см³;

3. Мішалка;

4. Порошок глини;

5. Секундомір.

Теоретична частина

В практиці буріння та її експлуатації широко використовують різні промивні та цементні розчини, нафтові емульсії, піни, ряд інших мікрогетерогенних систем. Однією з важливих характеристик таких систем є їх полідисперсність, тому для теорії і практики важливо знати фракційний склад таких систем, тобто кількісний розподіл частинок за їх розмірами.

Одним із методів дослідження полідисперсності системи є седиментаційний аналіз. Принцип його полягає у визначенні швидкості осідання частинок дисперсної фази в якому–небудь дисперсійному середовищі. Швидкість осідання частинок дисперсної фази під дією гравітаційної сили (f), яка, з врахуванням поправки на втрату у вазі за законом Архімеда, становить:

де r– радіус частинки, м;

ρ– густина дисперсної фази, кг/м³;

ρ_о– густина дисперсійного середовища, кг/м³;

g– прискорення сили тяжіння (9,81 м/с²).

Осіданню протидіє сила тертя f₁.

За законом Стокса сила тертя для сферичної частинки дорівнює:

де η – в’язкість середовища;

V– швидкість руху частинки.

При f = f₁ частинка рухається з сталою швидкістю.

З рівняння можна встановити зв’язок між швидкістю осідання частинки і її радіусом:

Для даної дисперсної фази та дисперсійного середовища величини η,ρіρ_о– сталі. Тоді

Оскільки швидкість осідання , тобто дорівнює пройденій частинками віддаліН(глибині занурення чашки в розчин, м), поділеній на час їх осіданняτ, то формула для розрахунку радіусів частинок буде мати вигляд:

Для суспензії глини у воді ρ = 2300 кг/м³,ρ_о = 1000 кг/м³,g = 9,81 м/с²,η= 0,1 кг/м·с.