Коллоидная химия: Лабораторный практикум, страница 6

Большинство чистых жидкостей подчиняются закону Ньютона, то есть они показывают прямую пропорциональность между t и . Чтобы подчеркнуть это, их называют ньютоновскими. Однако некоторые жидкие системы характеризуются нелинейной зависимостью между t и , особенно в области высоких скоростей сдвига. Соответственно, их принято называть неньютоновскими.

Вязкости разных жидкостей могут различаться значительно. Например, при комнатной температуре вязкость воды составляет 1,00×10^–3 Па×с, а глицерина 1,45 Па×с.

Если в объёме жидкости находятся твёрдые частицы, размер которых больше размера молекул жидкости, но существенно меньше расстояния Н между пластинами (или – меньше диаметра капилляра в капиллярном вискозиметре; см. ниже об устройстве вискозиметров), то эти частицы влияют на измеряемую вязкость благодаря тому что занимают некоторый объём, внутри которого нет течения и, соответственно, нет распределения скоростей течения. Этот исключенный из течения объём является причиной повышения вязкости суспензий и эмульсий в сравнении с чистой дисперсионной средой. Его принято называть гидродинамическим объёмом частиц. В случае компактных частиц (то есть, не содержащих внутренних полостей или неровностей на поверхности) гидродинамический объём совпадает с геометрическим объёмом "сухих" частиц. Для разбавленных суспензий таких частиц, справедливо уравнение Эйнштейна, выведенное им теоретически

h = h_о(1 + k×f)                                                            (2.2)

где h_о - вязкость чистой дисперсионной среды, f - доля объёма суспензии, занятая суспендированными частицами (f << 1), k – коэффициент пропорциональности, зависящий от формы частиц. Для жестких шарообразных частиц коэффициент k составляет 5/2 (т. е. 2,5 ровно), тогда как для других форм он превышает 2,5 и зависит от их относительных размеров, определяющих степень отклонения от сферической формы. В частности, для эллипсоида вращения коэффициент k зависит от отношения главных полуосей эллипсоида. Кроме того, в случае анизометрических частиц уравнение (2.2) может выполняться только при предельно малых скоростях сдвига. С увеличением скорости сдвига анизометрические частицы (например, палочки) имеют тенденцию ориентироваться вдоль направления течения, из-за чего вязкость снижается с увеличением скорости сдвига. То есть, такие суспензии являются неньютоновскими. В случае частиц, деформируемых при течении, например капель эмульсии, коэффициент k имеет значения меньшие чем 2,5.

В области объёмного содержания более ~2 об. % (f > 0,02) вязкость суспензий обычно описывается эмпирическим уравнением вида

h = h_о(1 + k×f + k₂×f²)                                                     (2.3)

где k имеет то же значение что в уравнении Эйнштейна (2.2), а k₂ является эмпирическим параметром, который для большинства суспензий находится в пределах от 7 до 14.

Уравнение (2.3) часто преобразуют таким образом

 = k×f + k₂×f²                                           (2.4)

где отношение h/h_о принято называть относительной вязкостью, а отношение (h-h_о)/h_о называют удельной вязкостью. Удельная вязкость имеет смысл приращения относительной вязкости благодаря присутствию дисперсных частиц, Удельная вязкость в расчете на единицу концентрации называется приведённой вязкостью. Как следует из уравнения (2.4), приведённая вязкость должна быть линейной функцией объёмной доли f:                               = k + k₂×f                                                 (2.5)

В такой форме записи, уравнение (2.5) используется для нахождения коэффициентов k и k₂ из экспериментальных значений вязкости и объёмной доли. В случае частиц твёрдого вещества, не набухающего и не реагирующего с растворителем, объёмная доля f может быть найдена как отношение весовой концентрации (например, г/л) к плотности данного твёрдого вещества.