rychlá koagulace
rapid (fast) coagulation
Koagulace za podmínek, kdy všechny
disperzní částice jsou zbaveny stabilizace, takže každá srážka má za následek jejich spojování ve větší agregáty. Obr. 1 ukazuje závislost
elektrokinetického potenciálu a rychlosti koagulace na koncentraci koagulujícího elektrolytu. V oblasti rychlé koagulace je hodnota
ζ–potenciálu nulová a rychlost koagulace se nemění s koncentrací přidávaného elektrolytu.
Průběh rychlé
perikinetické koagulace v
monodisperzním lyosolu zpracoval matematicky Smoluchowski
[
83], [
84]. Jeho teorie byla experimentálně ověřována pozorováním úbytku počtu částic v
ultramikroskopu
[
100], [
92], [
34]. Rychlost tohoto pochodu je stejná jako rychlost reakce druhého řádu. Rychlost úbytku jednotlivých částic je tedy dána diferenciální rovnicí
jejíž integrace vede ke vztahu
kde
ν je celkový počet částic v jednotce objemu (
= ν1 + ν2 + ... + νn) v čase
τ,
ν1,
ν2,
ν3 ... koncentrace jednoduchých, dvojitých, trojitých atd. částic a
νo je počet částic v jednotce objemu v čase
τ = 0 (
νo = ν1);
k je rychlostní konstanta koagulačního kroku, která je podle Smoluchowského dána vztahem pro rychlostní konstantu reakce řízené
difuzí,
kde
D je
difuzní koeficient,
R - akční poloměr, rovný dvoj- až trojnásobku poloměru koagulující částice. Za srážku je považováno přiblížení středů dvou částic na vzdálenost menší než akční poloměr.
Difuzní koeficient částic v
lyosolech je nepřímo úměrný jejich poloměru (viz
Einsteinova rovnice pro difuzní koeficient a
koeficient tření). Rychlostní konstanta
k a tím i rychlost koagulace jsou tedy v monodisperzním lyosolu nezávislé na velikosti částic a stejně je tomu u
aerosolů s částicemi většími než asi
1 μm. Obsahuje-li však aerosol částice menší než zhruba
500 nm, je difuzní koeficient částic nepřímo úměrný druhé mocnině jejich poloměru (viz
Einsteinova rovnice pro difuzní koeficient a
koeficient tření) a rychlostní konstanta
k tedy klesá s prvou mocninou poloměru. Pro tyto částice roste rychlost koagulace s jejich klesajícími rozměry.
V
polydisperzních systémech je koagulace vždy rychlejší než v systémech monodisperzních; velké částice přitom hrají úlohu "zárodků" koagulace, na nichž agregují menší částice. Také v systémech s
anizometrickými částicemi je rychlost koagulace větší. Možnost srážek je zde zvětšena tím, že vedle translačního pohybu anizometrických částic se uplatňuje také jejich rotace.
|
|
Obr. 1 Průběh závislosti (a) elektrokinetického potenciálu, (b) rychlosti koagulace na koncentraci koagulujícího elektrolytu
|
Grafy souvislostí do úrovně:
I
II