ცოდნა სინათლეა - Knowledge is light - Знание свет -  

                            სუსპენზია

სუსპენზია მაგალითი სისხლის

სუსპენზია მაგალითი ლუდი

წყალში შეჩერებული ფქვილი ღია ცისფერი ჩანს (ტინდალის ეფექტი). ეს ეფექტი აიხსნება იმით, რომ ლურჯი შუქი ფქვილის ნაწილაკებით უფრო ძლიერად იფანტება, ვიდრე წითელი.

(გვიანდელი ლათინურიდან Suspensio - suspension; ინგლისური suspension გერმანული. Suspension f, Trübe) - სითხის ნარევი მყარი ნაწილაკებით სუსპენზიაში 

მეცნიერული განმარტება

სუსპენზია არის დისპერსიული სისტემა თხევადი დისპერსიული გარემოთი და მყარი დისპერსიული (დისპერსიული) ფაზით, რომლის ნაწილაკები საკმარისად დიდია ბრაუნის მოძრაობის საწინააღმდეგოდ.

ზოგადი აღწერა

სუსპენზია არის არანიუტონის სითხის მაგალითი და უახლოვდება ვისკოპლასტიური მედიის თვისებებს. ჩვეულებრივ, სუსპენზიის დისპერსიული ფაზის ნაწილაკებს აქვთ 10−4 სმ-ზე მეტი ზომა და წყდებიან (ნალექი) სიმძიმის მოქმედების ქვეშ. დისპერსიული ფაზის და დისპერსიული საშუალების სიმკვრივეში მცირე სხვაობით, სუსპენზია ძალიან ნელა წყდება, ამიტომ ასეთ სუსპენზიას ზოგჯერ სუსპენზიას უწოდებენ. დისპერსიული სტრუქტურები თავისუფლად ჩნდება კონცენტრირებულ სუსპენზიებში. ტიპიური slurries არის slurries, საბურღი სითხეები, ცემენტის slurries.

წვრილად დაფქული ნახშირი წყალთან ერთად ქმნის ქვანახშირ-წყლის სუსპენზიას (WCS), რომელიც თბოენერგეტიკაში უმეტეს შემთხვევაში კვალიფიცირდება როგორც ქვანახშირ-წყლის საწვავი (WCF).

იხ. ვიდეო - კალციუმი -- ოსტეოქეა სუსპენზია

სუსპენზიები გამოიყენება სამშენებლო ტექნოლოგიაში, საღებავებისა და ლაქების წარმოებაში, ქაღალდზე და ა.შ.

სუსპენზია დისპერსიული სისტემების განსაკუთრებული შემთხვევაა და მიეკუთვნება "მყარი სითხეში" კლასს, რომლის მაგალითია სილა წყალში. (შედარებისთვის: სისტემა "თხევადი სითხეში" - უხსნადი სითხე სხვა სითხეში, - ემულსია, ზეთი წყალში; "მყარი სხეული გაზში" სისტემა, აეროზოლი - კვამლი; "თხევადი გაზში" სისტემა, აეროზოლი - ნისლი). სუსპენზიების მყარი ფაზისთვის დამახასიათებელი ნაწილაკების ზომებია 1 მკმ-დან რამდენიმე მილიმეტრამდე. მცირე ზომებში სისტემას ჩვეულებრივ უწოდებენ კოლოიდურ ხსნარს, ხოლო შემზღუდველ შემთხვევაში, ერთგვაროვან სისტემას, ნამდვილ ხსნარს.

მინერალური სუსპენზია (წყალ-ნახშირის სუსპენზია) არის კომპოზიტური დისპერსიული სისტემა, რომელიც წარმოიქმნება მყარი მასალის ნაწილაკებით თხევადში (ჩვეულებრივ წყალში).

იხ. ვიდეო - Суспензии, коллоиды и растворы

Slurry თვისებები

ნალექის სიბლანტე

სუსპენზიის სიბლანტე იზრდება წონის აგენტის მოცულობითი კონცენტრაციის და მისი დისპერსიის მატებასთან ერთად და არ არის დამოკიდებული მაწონი აგენტის ბუნებაზე და მის სიმკვრივეზე.

შეჩერების სტაბილურობა

ეს არის მისი უნარი შეინარჩუნოს მოცემული სიმკვრივე სხვადასხვა სიმაღლის ფენებში. უსტრუქტურო სუსპენზია, ყველაზე ხშირად გამოყენებული გრავიტაციის გამდიდრების პრაქტიკაში, უკიდურესად არასტაბილური სისტემებია. სუსპენზიის სტრუქტურის ფორმირების მატებასთან ერთად ან მასში მყარი ფაზის შემცველობის მატებასთან ერთად, იზრდება მისი სტაბილურობაც.

სუსპენზიის სტაბილურობა იზრდება მასში შეწონილი აგენტის და მადნის ნალექის წვრილ ხარისხების დამატებით. ზოგჯერ ამატებენ 1-3%-იან თიხის მასალებს ან გამოიყენება სხვადასხვა სიმკვრივის მასალების ფხვნილების ნარევი (მაგალითად, ფეროსილიციუმის ნარევი მაგნეტიტთან ან პიროტიტთან).

სუსპენზიების სტაბილურობის გაზრდა მისი სიბლანტის 15-35%-ით შემცირებისას მიიღწევა პეპტიზირებული აგენტების გამოყენებით, რომლებიც ამცირებენ ნაწილაკების ადჰეზიას. ყველაზე ეფექტური ჰექსამეტაფოსფატი და ნატრიუმის ტრიპოლიფოსფატი. პეპტიზირებული რეაგენტები გამოიყენება სუსპენზიებში შლამის მნიშვნელოვანი შემცველობით და მაღალი სიმკვრივის სუსპენზიებში (2000 კგ/მ3-ზე მეტი) გამდიდრებით.

საკიდის სტაბილურობა შეიძლება გაიზარდოს მისი სიბლანტის 30-40%-ით შემცირებისას ფიზიკური და მექანიკური ზემოქმედების გამო (მაგალითად, რხევების გამო 5-8 ჰც სიხშირით და 6-10 მმ ამპლიტუდით.

სუსპენზიის რეოლოგიური თვისებები

სუსპენზიებში მრავალი განსხვავებული ფაზის ურთიერთქმედება გაერთიანებულია სამ ძირითად ჯგუფად:

• თხევადი და გაფანტული მყარი ნაწილაკების ჰიდროდინამიკური ურთიერთქმედება იწვევს სითხეში ბლანტის გაფრქვევის ზრდას;

• ნაწილაკებს შორის ურთიერთქმედება, ხელს უწყობს ფანტელების, მტევნის, აგლომერაციის ან სტრუქტურის წარმოქმნას;

• ბლანტი ურთიერთქმედების გამომწვევი ნაწილაკების შეჯახება.

სუსპენზიების რეოლოგიური თვისებები დამოკიდებულია ურთიერთქმედების გაბატონებულ ტიპზე. დისპერსიული ფაზის დაბალიდან საშუალო კონცენტრაციებიდან იზრდება ჰიდროდინამიკური ეფექტის მნიშვნელობა; საშუალოდან მაღალ კონცენტრაციამდე, ნაწილაკების ბლანტი ურთიერთქმედების როლი იწყებს ზრდას; ძალიან მაღალ კონცენტრაციებში ნაწილაკების შეჯახების გავლენა დომინირებს ჰიდროდინამიკის გავლენას.

დისპერსიული ფაზის დაბალიდან საშუალო კონცენტრაციებიდან, ნაწილაკების ურთიერთმიზიდულობის არარსებობის შემთხვევაში, ჭარბობს ჰიდროდინამიკური ურთიერთქმედება და თუ სითხე ნიუტონურია, მაშინ სუსპენზია რჩება ნიუტონური. მყარი ფაზის კონცენტრაციის მატებასთან ერთად, თავდაპირველად სუსპენზიის სიბლანტე იზრდება ხაზობრივად, მაგრამ საშუალო კონცენტრაციის რეგიონში ის იძენს არაწრფივ ხასიათს და, კონცენტრაციის მატებასთან ერთად, სიბლანტის ზრდის ტემპი უფრო მაღალი ხდება. და შეჩერების ნაკადის ბუნება ხდება არანიუტონური. ეს ფენომენი აიხსნება სუსპენზიის მიმდებარე ფენების ათვლის სიჩქარის გავლენით.

ნაწილაკებს შორის მიზიდულობის გაზრდით, სუსპენზიის სიბლანტე იზრდება, რადგან დისპერსიული ფაზის ნაწილაკები ქმნიან ფორმებს, მტევანებს, აგლომერატებს ან სტრუქტურას, იწვევს სუსპენზიის ნაკადის ფსევდოპლასტიკური ბუნების გამოჩენას და გარეგნობას. თიქსოტროპიის, ვინაიდან ნაწილაკების ფორმირება და სტრუქტურა მგრძნობიარეა გადაადგილების მიმართ და ექვემდებარება განადგურებას.

უფრო ძლიერი მიზიდულობით თნაწილაკებს, სუსპენზიის სიბლანტე იზრდება, ფლოკულების სიძლიერე იზრდება და ისინი უძლებენ გარკვეულ მიკერძოებულ სტრესს განადგურების გარეშე. სუსპენზია ამ შემთხვევაში იძენს მოსავლის წერტილს და ხდება ვისკოპლასტიკური. ფლოკულების უფრო მაღალი სიმტკიცით, სუსპენზია შეიძლება ითქვას, რომ პლასტიკურია.

ნაწილაკებს შორის სუსტი და საშუალო მიზიდულობით, მაგრამ დისპერსიული ფაზის მაღალი კონცენტრაციით, მარცვლოვანი სიბლანტის თვისებები მოქმედებს და სუსპენზია იქცევა პასტად. თუ იგივე ეფექტი ხდება ნაწილაკებს შორის ძლიერი მიზიდულობით, მაგრამ დისპერსიული ფაზის დაბალი კონცენტრაციით, მაშინ სუსპენზია იქცევა გელად.

სტრუქტურის ფორმირება არის ენერგიის ურთიერთქმედების შედეგი დისპერსიული ფაზის ნაწილაკებსა და დისპერსიულ გარემოს შორის.

სუსპენზიების დისპერსიული ფაზა, დამოკიდებულია მის ფიზიკურ-ქიმიურ და ზედაპირულ თვისებებზე, აგრეთვე დისპერსიული საშუალების იონურ შემადგენლობაზე და ნაწილაკებისა და გარემოს ჰიდროდინამიკური ურთიერთქმედების მიხედვით, აკავშირებს სითხის გარკვეულ რაოდენობას და ქმნის ადსორბციულ, სოლვატს და ორმაგ ელექტრულ ფენებს. ნაწილაკების ზედაპირი, რომლებიც ნაწილაკებთან შედარებით უძრავია. ფაზების ინტეგრალური ურთიერთქმედების და ჰიდროდინამიკური მოქმედების შედეგად ნაწილაკებით დაკავშირებული თხევადი ფენა არის საზღვარი. მისი სისქის გამოთვლა და გაზომვა რთულია. ზოგიერთი ცნობით, ის არის 0,5–1 μm და მცირდება ნაწილაკების ნაკადის სიჩქარის მატებასთან ერთად დისპერსიული გარემოს გარშემო. სუსპენზიის მეწყრული ნაკადის დროს, სითხის ერთი ფენა დისპერსიული გარემოთი სრიალებს მეორესთან შედარებით.

შეჩერების სტაბილიზაცია

დროთა განმავლობაში, სუსპენზია შეიძლება დაიყოს თავის კომპონენტებად. ამის წინააღმდეგობის უნარს ეწოდება შეჩერების სტაბილურობა. გაყოფის რამდენიმე გზა არსებობს:

ფლოკულაცია - გახსნილი ნივთიერებების ცურვა სითხის ზედაპირზე

დალექვა - ნაწილაკების ფსკერზე ჩალაგება

აგრეგაცია არის ნაწილაკების ადჰეზია დიდ კონგლომერატებში.

ასეთი პროცესები რაც უფრო ნელა, უფრო ბლანტია სითხე და მით უფრო მცირეა შემადგენელი ნაწილაკები. თუ დისპერსიული ფაზა შედგება ჰიდროფობიური ნაწილაკებისგან, მაშინ დამატებითი ფიქსაციისთვის გამოიყენება სტაბილიზატორები - ჰიდროფილური კოლოიდები, რომლებიც ჰიდროფობიურ ნაწილაკებს სველებად ხდის. სტაბილიზატორების სახით გამოიყენება რეზინა, ჟელატოზა, მეთილცელულოზა და სხვა.

იხ.ვიდეო - Suspensions, colloids and solutions | Chemistry | Khan Academy