Что такое удельная поверхность и на какие свойства

Удельная поверхность — усреднённая характеристика размеров внутренних полостей (каналов, пор) пористого тела или частиц раздробленной фазы дисперсной системы.

Выражение удельной поверхности[править | править код]

Удельную поверхность выражают отношением общей поверхности пористого или диспергированного в данной среде тела к его объёму или массе. Удельная поверхность пропорциональна дисперсности или, что то же, обратно пропорциональна размеру частиц дисперсной фазы.

Значение удельной поверхности[править | править код]

От величины удельной поверхности зависят поглотительная способность адсорбентов, эффективность твёрдых катализаторов, свойства фильтрующих материалов. Удельная поверхность активных углей составляет 500—1500, силикагелей — до 800, макропористых ионообменных смол — не более 70, а диатомитовых носителей для газожидкостной хроматографии — менее 10 м2/г. Удельная поверхность характеризует дисперсность порошкообразных материалов: минеральных вяжущих веществ, наполнителей, пигментов, пылевидного топлива и др. Величина их удельной поверхности обычно находится в пределах от десятых долей до нескольких десятков м2/г.
Измеряемая величина удельной поверхности зависит от размеров сорбируемых молекул. Одно и то же вещество при сорбции крупных молекул имеет меньшую удельную поверхность, при сорбции мелких молекул имеет большую удельную поверхность. Для крупных молекул поверхность мелких пор, измеренная сорбцией мелких молекул, как бы и не существует. Поэтому, кроме удельной поверхности, важной характеристикой пористых тел является распределение поверхности пор по радиусам пор (распределение пор по радиусам).

Определение удельной поверхности[править | править код]

Удельную поверхность чаще всего определяют по количеству адсорбированного материалом инертного газа и по воздухопроницаемости слоя порошка или пористого материала. Адсорбционные методы позволяют получать наиболее достоверные данные.

Для определения удельной поверхности и распределения пор по радиусам пористых тел по теории БЭТ методом сорбции азота при температуре жидкого азота итальянская фирма Карло Эрба выпускала прибор «Сорптоматик» (время измерения — приблизительно один образец в сутки).

См. также[править | править код]

Пористый материал

Ссылки[править | править код]

Теория Брунауэра, Эммета, Теллера (БЭТ)
Теория Дубинина
https://web.archive.org/web/20090319121618/https://colloid.distant.ru/tests/3.2.2/3.2.2.htm 3.2.2. Теория полимолекулярной адсорбции БЭТ
https://window.edu.ru/window_catalog/pdf2txt?p_id=7705&p_page=5 9. Теория полимолекулярной адсорбции БЭТ
https://www.chemport.ru/chemical_encyclopedia_article_35.html Адсорбция
https://web.archive.org/web/20110501192405/https://e-science.ru/index/?id=43 Адсорбция
https://www.ximicat.com/ebook.php?file=vojutsky_kol.djv&page=33 Курс коллоидной химии
https://web.archive.org/web/20130527162312/https://www.muctr.ru/univsubs/infacol/fen/faculties/f5/courses/1.php Поверхностные явления и дисперсные системы
https://www.polymem.ru/research03.php Теория кооперативной полимолекулярной сорбции
https://web.archive.org/web/20130610011813/https://chem.kstu.ru/butlerov_comm/vol2/cd-a3/data/jchem%26cs/russian/n6/appl6/yal2001/1sdms33/1sdms33.htm Физическая адекватность уравнений сорбционного равновесия в набухающих полимерных системах.
https://web.archive.org/web/20130603171343/https://www.france-scientifique.fr/fileadmin/user_files/manuals/Manuel_SORPTOMATIC_1990_EN.pdf Sorptomatic 1990 Insruction Manual
https://web.archive.org/web/20160304213901/https://www.prager-elektronik.at/datenblaetter/porotec/SORPTOMATIC.pdf Sorptomatic Product

Specifications

Источник

Не так давно в нашей публикации мы рассматривали один из методов определения качества измельчения материала при использовании помольных шаров. Данный показатель основывался на определении «остаток на сите». В данной статье рассмотрим другой метод, который подразумевает расчет «величины удельной поверхности». Оба перечисленных показателя полностью характеризуют понятие «качество помола» и оптимальность измельчительного процесса в шаровых мельницах.

Удельная поверхность, или удельная площадь поверхности, — это суммарная поверхность всех частиц измельченного материала, как правило, дисперсного или пористого, разделенная на массу изучаемого материала. Удельная поверхность материала складывается из суммы площадей поверхности всех его зерен. Чем меньше размер этих зерен (тоньше помол), тем больше площадь их общей поверхности. Если частицы измельченного материала имеют развитую пористую поверхность, то площадь поверхности отдельно взятого зерна становится еще больше по сравнению с абсолютно гладким его аналогом, равным по геометрическим параметрам.

По показателю величины удельной поверхности (измеряется в см2/см3 или см2/г) можно судить о физических свойствах полученного после измельчения материала. Данный показатель измельчения материала очень важен при подготовке сырья для производства цемента, газобетона или обогащении полезных ископаемых.

Как же рассчитывается данный показатель? Для расчета теоретически мы предполагаем, что все частицы (зерна) в измельченном материале имеют одинаковый размер и шарообразную форму. В такой идеальной математической модели величина удельной поверхности S определяется по следующей формуле:

Что такое удельная поверхность и на какие свойства

где n — число частиц, S и V — соответственно внешняя поверхность и объем частиц, имеющих диаметр δср.

Не будем сильно углубляться в формулы расчетов и теорию дисперсионного анализа измельченного материала. Сегодня все расчеты выполняются автоматически при помощи специальных приборов. В основном наши клиенты пользуются приборами серии ПСХ (приборы системы Ходакова).

В приборах серии ПСХ используется дисперсионный анализ методом определения газопроницаемости. Показатель газопроницаемости измельченного материала определяют по продолжительности времени фильтрации проходящего сквозь него воздуха. При этом за константу берут начальное и конечное разрежение воздуха (давление) в рабочем объеме прибора. Для расчета удельной поверхности и среднего размера частиц используют удельный вес (плотность) изучаемого материала, массу и высоту его слоя в кювете. Все процессы полностью автоматизированы, прибор сам рассчитывает величину удельной поверхности, газопроницаемость и средний размер частиц, который должен совпадать с результатами просеивания данного материала через набор сит. Прибор контролирует следующие параметры: время прохождения воздуха через загруженную пробу, температуру воздуха, давление в рабочей камере, вязкость воздуха и т.д. Эти устройства существенно уменьшают длительность проведения такого рода анализов. Так как все процессы (за исключение отбора пробы) полностью автоматизированы, точность измерения и правильность расчетов обеспечивается за счет сведения к нулю действия «человеческого фактора». Единственным условием получения точных результатов является постоянный контроль за исправностью устройства и проведение регулярных проверочных работ.

Для каждой отрасли промышленности есть свои требования к показателю удельной поверхности измельченного материала. Так, для производства газобетонных блоков, удельная поверхность готового шлама должна колебаться в пределах 2800-3300 см2/г. Для цемента этот диапазон составляет 2500-3500 см2/г (зависит от марки выпускаемого цемента).

Подводя итог нашей публикации, еще раз напомним нашим читателям, что правильно подобранные мелющие шары, которые используются в шаровой мельнице, являются основным фактором, который на прямую влияет на качество измельчения, что, в свою очередь, минимизирует затраты на измельчение одной тонны материала.

Источник

КАТЕГОРИИ:

Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Атомарная структура твердого тела. Кристаллическая решетка. Виды кристаллических решеток, их параметры. Индексы Миллера. Определение наночастицы. Структурные и электронные магические числа. Дефекты кристаллической структуры.

Характеристики дисперсности материалов.

Лекция №5

Важнейшей характеристикой наноматериалов является размер частиц порошка или зерен массивного материала. В подавляющем большинстве случаев наноматериалы представляют собой полидисперсные системы, состоящие из зерен или частиц различной крупности. Разброс по размерам сильно изменяет физико-химические свойства материала. Поэтому кроме средних величин, важной размерной характеристикой материала является его гранулометрический состав.

Гранулометрический состав материала – содержание частиц или зерен в определенном интервале размеров по отношению к их общему количеству.

К размерным характеристикам наноматериалов можно отнести: величину удельной поверхности (для нанопорошков), определяющую средний размер агрегатов; средний размер частиц или зерен, средний размер областей когерентного рассеяния (ОКР); распределение по размерам (гранулометрический состав) частиц, зерен, ОКР.

Величина удельной поверхности – одна из важнейших характеристик наноматериала, определяющая активность протекания физико-химических процессов, многие технологические свойства, взаимодействие с окружающей средой и т.д. Например, знание величины Sуд необходимо в тех случаях, когда в технологическом процессе «работает» именно поверхность, например в катализе.

Удельной поверхностью называют площадь, которую имеет 1 грамм (или килограмм) того или иного вещества.

Обозначают эту величину как Sуд, ее размерность (м2/г) или (м2/кг). Удельная поверхность таких материалов, как цеолиты и активированные угли, может достигать значений 400 – 500 м2/г, а традиционные порошковые материалы характеризуются значениями 0,05 – 2 м2/г.

Удельная поверхность порошков определяется многими факторами: дисперсностью, формой, фазовым составом, состоянием поверхности частиц, степенью их агрегированности.

Уменьшение диаметра частиц при прочих равных условиях увеличивает Sуд. Сфероидизация уменьшает удельную поверхность, поскольку шар имеет минимальную поверхность при данной дисперсности материала. Соответственно, изменение формы частиц при сохранении их размеров приводит к увеличению Sуд. Например, удельная поверхность гидроксида железа сферической формы равна 78м2/г, а игольчатой – 121 м2/г.

В свою очередь, так называемая развитость поверхности (рис. 1) может многократно увеличить значение удельной поверхности материала.


	Рис. 1. Развитость поверхности наночастиц: а – сферическая частица с гладкой поверхностью; б – частица с развитой поверхностью с формой, близкой к сферической

Изменение фазового состава, например образование оксидной пленки на поверхности нанопорошков металлов, может увеличить Sуд с 7–8 м2/г до 50–70 м2/г. Металлизация, напротив, резко уменьшает удельную поверхность порошков (табл.1).

Таблица 1

Дата добавления: 2014-01-03; Просмотров: 2350; Нарушение авторских прав?

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Рекомендуемые страницы:

Читайте также:

Источник

Под удельной поверхностью понимают суммарную поверхность всех частиц почвы. Общая удельная поверхность включает внешнюю ивнутреннюю.

Внешняя поверхность обусловлена геометрической неоднородностью поверхности почвенных частиц, проявляющейся в наличии выступов и изломов, а также различных полостей и трещин, глубина которых меньше их ширины. Внутренняя поверхность включает поверхности стенок всех трещин и полостей, глубина которых больше их ширины, но преимущественно обусловлена поверхностью межпакетных пространств минералов с расширяющейся кристаллической решеткой.

Удельная поверхность играет важную роль в формировании почвенного плодородия, поскольку многие процессы, протекающие в почвах, во многом обусловлены величиной и свойствами поверхности их твердой фазы, её геометрической и энергетической неоднородностью. Поверхность почвенных частиц — это место взаимодействия почвы с корнями растений и микроорганизмами. С величиной и качеством удельной поверхности почвенных частиц связаны явления поглощения минеральных и органических веществ, газов, парообразной и жидкой влаги, характер миграционных процессов, физические и технологические свойства.
Величина удельной поверхности зависит от степени дисперсности почвенных частиц (табл. 70).

Дезинтеграция или диспергирование компонентов твердой фазы почвы сопровождается переходом ее в более активное состояние, поскольку увеличивается общая поверхность твердой фазы в единице ее массы или объема, а вместе с ней возрастает и поверхностная энергия. Это способствует более активному взаимодействию почвы с окружающей средой. Поэтому наблюдается довольно тесная взаимосвязь между удельной поверхностью почв и их гранулометрическим составом. Чем тяжелее гранулометрический состав почвы, тем выше величина удельной поверхности.

Сильно влияет на величину удельной поверхности и минералогический состав почвы. Так, у каолинита, имеющего нерасширяющуюся кристаллическую решетку, общая удельная поверхность составляет 10 м2/г. У минералов с подвижной кристаллической решеткой общая удельная поверхность благодаря наличию внутренней поверхности гораздо выше и доходит у вермикулита до 400 м2/г, у смектитов — до 800 м2/г. Большую величину удельной поверхности имеют аллофаны (700-900 м2/г).

Почвы различных типов заметно отличаются друг от друга величиной удельной поверхности. Она изменяется и в пределах профиля отдельно взятой почвы (табл. 71).

Процесс почвообразования, сопровождающийся элювиально-иллювиальным перераспределением компонентов твердой фазы почвы, приводит к такому же изменению величины удельной поверхности в пределах почвенного профиля. Это отчетливо проявляется в солонце и дерново-подзолистой почве. Гумусовоаккуму- лятивный процесс, свойственный черноземам, ведет к увеличению удельной поверхности в верхних горизонтах почвы. Удельная поверхность возрастает и при развитии оглеения, тогда как при подзолообразовательном процессе ее величина снижается, особенно резко в оподзоленных горизонтах.

Показатели удельной поверхности используют для качественной оценки почвенных новообразований, особенно органо-минеральной природы, быстрого ориентировочного определения содержания минералов с разбухающей кристалличес-кой решеткой, для расчета давления почвенной влаги. С помощью этих показателей можно получить представление об особенностях почвообразовательного процесса и степени однородности почвенного профиля.

Источник

КАТЕГОРИИ:

УДЕЛЬНАЯ ПОВЕРХНОСТЬ И ПОРИСТОСТЬ ГОРНЫХ ПОРОД.

Под удельной поверхностью горных пород понимают суммарную поверхность частиц, содержащихся в единице объема образца:

Следовательно, чем больше в породе мелких частиц, тем больше ее удельная поверхность. Согласно принятой классификации удельная поверхность породы, состоящей из: псефитов и псаммитов, не превышает 950 см2/см3; алевритов — от 950 до 2300 см2/см3; пелитов — более 2300 см2/см3.

Величиной удельной поверхности определяются многие свойства горной породы: проницаемость, адсорбционная способность, содержание остаточной (реликтовой) воды и т.п. Удельную поверхность нефтеносных пород особенно важно знать потому, что на процессы фильтрации большое влияние оказывают молекулярно-поверхностные силы, действующие на контакте «флюид — порода». Эти молекулярные явления могут существенным образом изменять характер фильтрации. Обычные объемные свойства жидкостей (вязкость, плотность) обуславливаются молекулами, находящимися внутри жидкости, поэтому при фильтрации жидкости через крупно зернистую городу с относительно небольшой удельной поверхностью роль молекул, входящих в контакт с поверхностью невелика, т.к. их число весьма мало по сравнению с числом молекул, находящихся внутри объема жидкости. Если же пористая среда, через которую движется жидкость, имеет большую удельную поверхность (состоит из мелких зерен), то число поверхностных молекул становится сравнимым с числом объемных молекул.

Несмотря на кажущуюся простоту понятия удельной поверхности, точное определение ее величины — весьма сложная задача, связанная с большим разнообразием строения горных пород (рис. 1.3.1 и 1.3.2).

Рис. 1.3.1. Различные структуры поровых пространств:

а) высокопористые с хорошо скатанными и отсортированными зёрнами;

б) очень высокопористые с хорошо скатанными отсортированными и пористыми зернами; в) низкопористые с плохо скатанными и отсортированными зернами; г) пониженной пористости с хорошо скатанными отсортированными, но сцементированными зернами; д) с порами растворения;

е) с трещинной пористостью.

Рис. 1.3.2. Виды пор в пластинчатых минералах

а), б) разрезы минерала по различным направлениям; в) вид сверху; поры:

1 — щелевидные; 2 — лабиринтообразные; 3 — замкнутые; 4,5 – клиновидные.

В сцементированных породах удельная поверхность в первую очередь зависит от строения и характера распределения пустот, но некоторые из них могут оказаться изолированными от поверхности исследуемого образца и, следовательно, не будут участвовать при определении удельной поверхности. А других способов определения удельной поверхности, при наличии замкнутых пустот в пористой среде пока нет.

В слабо сцементированных и несцементированных породах основной способ определения удельной поверхности связан с вычислением суммарного объема, занимаемого в образце только твердыми частицами, для чего предварительно определяется объем пустот (что значительно легче, например, заполнив образец жидкостью). Тогда, зная гранулометрический состав керна, можно определить число песчинок, составляющих каждую фракцию, определить их средний диаметр и объем, а затем найти суммарную поверхность всех песчинок и удельную поверхность образца.

Например, пусть известно: объем пустот (пор) в образце Vпор; объем образца Vобр; радиус песчинок r.

Для фиктивного грунта(состоящего из частиц шарообразной формы одного диаметра) площадь поверхности всех частиц , где N – число частиц в объеме образца. Если учесть, что объем скелета в образце горной породы равен Vск = Vобр — Vпор, то N = Vск /V1. Здесь V1=4πr3/3 — объем одной частицы. Т.о., суммарную поверхность всех частиц можно найти из формулы:

а удельную поверхность как

. (1.3.1)

В действительности не все пустоты породы могут быть заполнены жидкостью, т. е. при определении объема пустот насыщением жидкостью часть пор внутри образца остается незаполненной (поры изолированы от поверхности образца). Кроме того, есть так называемые непроточные пустоты — это тупиковые и субкапиллярные поры. Поэтому удельную поверхность пород разделяют на 3 группы — полную, открытую, эффективную:

Полная удельная поверхность определяется для абсолютно всех пустот в породе.

Открытая удельная поверхностьопределяется для пустот, связанных с поверхностью образца, в т.ч. тупиковых и непроточных пор.

Эффективная удельная поверхность определяется только для проточных пор.

Формулы для определения полной, открытой и эффективной удельной поверхности связаны с другими параметрами пористых сред (пористостью, проницаемостью и др.), поэтому будут даны после их изучения.

Дата добавления: 2014-12-16; Просмотров: 2139; Нарушение авторских прав?

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Рекомендуемые страницы: