Броуновское движение.
Коллоидные частицы по молекулярно-кинетическим свойствам принципиально не отличаются от истинных растворов. Взвешенные в растворе частицы находятся постоянном беспорядочном тепловом движении (Броуновское движение – открыл в 1827 году английский ботаник Р.Броун, наблюдая как микроскопические частицы пыльцы и спор непрерывно и хаотично передвигаются в воде). При столкновении частиц происходит обмен количеством энергии и в результате устанавливается средняя кинетическая энергия, одинаковая для всех частиц. Молекулы (например, газа) движутся со скоростью сотни метров в секунду, коллоидные частицы размером 3-5 мкм - доли миллиметров в секунду, что обусловлено их гигантскими размерами.
Траектория движения частиц, зафиксированная с помощью кинематографической микросъемки имеет вид ломаной линии (рис. 3.1).
Рис. 3.1. Схема перемещения частицы при
броуновском движении.
Средняя квадратичная величина всех смещений без учета направления движения равна:
- число смещений (число отрезков ломаной линии);
- отдельные проекции смещения частицы на ось х.
Элементарные исследования броуновского движения проводились Р. Зигмонди, Ж. Перреном, Т. Сведбергом, а теория этого движения была развита Эйнштейном и Смолуховским (1905).
Уравнеие Эйнштейна-Смолуховского для среднего квадратичного смещения частицы за время t при броуновском движении имеет вид:
- универсальная газовая постоянная;
- абсолютная температура;
- вязкость среды;
- радиус взвешенных частиц;
- постоянная Авогадро;
- время.
Из уравнения следует вывод – чем крупнее частица, тем меньше величина ее смещения.
Кроме поступательного движения частицы обладают также и вращательным движением.
Для вращательного броуновского движения частиц сферической формы среднее квадратичное значение угла вращения (угла поворота) составит:
Теория Эйнштейна получила многочисленные и неоспоримые доказательства.
Например, блестящим подтверждением теории являлись работы Ж. Перрена, который в своих опытах использовал сферические частицы мастики с точно известным радиусом 1 мкм. Измеряя на этом золе поступательное и вращательное движение частиц при известных значениях Т и h Перрен вычислил постоянную Авогадро NA=6,5×1023.
Дата добавления: 2015-08-08; просмотров: 1652;