8/13/2019 STUDIUL CINETIC AL UMFLARII GELURILOR

1/2

SISTEME DISPERSE SOLIDE CAPILARE: STUDIUL CINETIC AL UMFLRII GELURILOR 1

SISTEME DISPERSE SOLIDE CAPILARE

STUDIUL CINETIC AL UMFLRII GELURILOR

Scopul lucrrii:Lucrarea urmrete studiereaprocesului de umflare a gelurilor naturale sau sintetice i

determinarea parametrilor cinetici ce caracterizeaz acest proces.

Consideraii teoretice:Gelurile sunt sisteme coloidale solide, capilare, cu structur tridimensional i suprafade separaie mare.Exist mai multe criterii de clasificare a gelurilor, astfel:

- dup rolul fazelor, un gel este L1/S2, adic lichid dispersat n solid;- dup gradul de umiditate, exist geluri umede (liogeluri) saugeluri elasticei geluri

uscate (xerogeluri) saugeluririgide;- dup structur, exist geluri corpusculare, lamelareifibroase;- dup originea lor, exist geluri minerale, biologicei depolimeri.

Prepararea gelurilor pleac de la soluri sau suspensii, iar fenomenul de transformare a acestora ngel se numetegelifiere. Gelifierea poate fi spontan sau provocat prin adaosuri sau modificri

de parametri n sol. Gelifierea se deosebete de coagulare prin mecanism i prin structuraprodusului rezultat.

Condiiile principale ale strii de gel sunt: s fie sistem coloidal, s nu fie fluid, s aibambele faze continui.

Proprietile importante ale unui gel sunt: mbibarea (umflarea), sinerezai tixotropia.Gelurile au proprietatea de a-i mri volumul prin absorbie de lichide. Fenomenul se

numete umflarei are loc numai selectiv, cu lichide care umecteaz gelul.Din punct de vedere cinetic, umflarea decurge ca o reacie de ordinul 1, ecuaia

diferenial a vitezei de reacie fiind:

( )dx

k a x

dt

(1)unde: dx/dteste viteza de umflare; keste constanta de vitez; xeste cantitatea de lichid absorbitla timpul t de 1 gram de gel uscat; iar aeste cantitatea maxim de lichid ce poate fi absorbit de1 gram de gel uscat.

Prin integrarea ecuaiei (1) se obine:( )

ktx a a e

(2)

t,

x

A B

C

x

1

( )

x

dx BC tg

dt AB

a

Figura 1.

Reprezentarea grafic a ecuaiei (1), n coordonate x t, conduce la curba din figura 1. Pebaza acestui grafic se poate calcula, prin derivare grafic, valoarea vitezei de umflare n diverseintervale de timp.

Constanta de vitez se poate determina din date experimentale pe baza ecuaiei (1) careretranscris ia forma:

1 dxx ak dt

sau ( )dx k a k x dt

(3)

8/13/2019 STUDIUL CINETIC AL UMFLARII GELURILOR

2/2

SISTEME DISPERSE SOLIDE CAPILARE: STUDIUL CINETIC AL UMFLRII GELURILOR 2

Ecuaia (3) reprezentat n coordonate x (dx/dt)conduce la o dreapt (figura 2) a creipant este (-1/k)iar ordonata la origine este a.

Figura 2.Modul de lucru i prelucrarea datelor experimentale.

n figura 3 sunt prezentate schemele de principiu ale aparatelor cu care se determin nlaborator cinetica umflrii gelurilor.

Pentru gelatinse cntrete o cantitate de aproximativ 1 g de gel uscat ise introducecantitativ n suportul C. Se scoate dopul Di se aeaz suportul cu gel n plnia Pastfel nct s

nu ia contact cu apa. Se aduce nivelul apei la reperulR

i se citete nivelul apei n microbiuretaM; se acoper cu ap suportul cu gel i se ateapt n aceast poziie 2 minute, dup careaducnd nivelul apei n dreptul reperului Rse citete din nou nivelul apei n microbiuret.

Diferena ntre cele dou volume citite la microbiuret reprezintvolumul de lichid reinut de gel n 2 minute. Experiena se repet peste alte3 minute de contact ap-gel, apoi peste 5 minute ( trei citiri pentru acesttimp) i de patru ori pentru timpul de contact de 10 minute.

Timpul dintre dou determinri trebuie s fie ct mai scurt pentruevitarea evaporrii solventului din gel.

Prin manipularea robinetelor R1 i R2 se introduce ap n aparatastfel nct tubul gradat (pipeta) s fie plin cu lichid, situaie n care i

plcua filtrant este umectat. Pe plcu se introduce o cantitate cntritde gel n prealabil uscat la 105-110C (4 grame). n momentul aduceriipulberii pe plcua filtrant se pornete cronometrul, acest moment fiindconsiderat nceputul procesului de umflare. Datorit adsorbiei apei dectre material, apa din tubul gradat ncepe s se retrag treptat. Se citete laintervale regulate de timp, nivelul apei din tubul gradat pn cnd un

numr de 3-4 citiri consecutive coincid (grad de umflare maxim).Datele experimentale i mrimile calculate se trec ntr-un tabel.

Tabelul 1.timp, s

Vi,ap, mL

xi, gH2O/g geldx/dt

Mrimea xse va calcula cu relaia:0

( )i

i

V VX

m

(4)n care Vieste volumul de ap absorbit la timpul ti; V0este volumul iniial de la care s-au nceputcitirile, la momentul t=0; iar este densitatea apei la temperatura de lucru; meste masa de geluscat.

Pe baza datelor din tabelul 1 se traseaz graficul din figura 1, din care se calculeaz prin

derivare grafic,dx/dt

la cinci valori ale ordonateix

. Cu aceste noi date se traseaz graficul dinfigura 2, din care se calculeaz mrimile ki a.

R

P

MD

C

Figura 3.