Дисперсиялық жүйелердiң негiзгi қасиеттерi

жоспар.

1. Беткi құбылыстар

2. Кинетикалық және агрегаттық орнықтылықтар

3. Каогуляция, флокуляци, құрылым құрау және дисперсиялау

Негiзгi ұғымдардың сөздiгi: сулану; беттiк керiлiс; гидрофильділік; сутепкiштiк; кинетикалық және агрегаттық орнықтылық; тиксотропия; коагуляция; флокуляция; пептизаторлар; құрылым құрау; дисперсиялау; реологиялық қасиеттер.

1. Беткi құбылыстар

Коллоид жүйелер  барлық дисперсиялық жүйелер бұрғылау ерiтiндiнің көрсетiлетiн талаптарына толық жауап бередi. Денелердiң iшкi iлiнiсудi молекулалық - кинетикалық теориясы бойынша молекулалардың өзара әрекеттесу күштерiмен шартталған. Дененiң iшiнде бұл күштер теңестiрілген. Екi фазалардың бет аралық орналасқан молекулалардың тарту күштерi теңестiрілмеген. Бөлiмнiң шекарасынан молекуланың сұйығы тарту күштерiнің нәтижесiнде қанығуға ұмтылады, сондықтан бөлiмнiң бетi кiшiреюге тырысады. Фазалардың бөлiмiнде осыған байланысты шалағай молекулалар шалағай деп аталатын кейбiр орнын толтырмалған мол энергияға ие болады. Беттiк керiлiс (Дж/м²) 1 м² беттiң түзілу жұмысын көрсетуге болады. Беткi құбылыстармен эмульсияның түзілуімен байланысты.

Мұнай эмульсиялары қарақошқылдан  ақшыл сары түске дейін өзгере алады. Олар көп жағдайларда  судың мұнайдағы эмульсиясы, дисперсиялық орта мұнай, ал дисперстік фаза су болып табылады. Мұндай эмульсиялар судан қорқады: олар суда қалқиды, тағы басқа ерiткiштердiң жанармайларында бiр қалыпты жiктеледi. Дисперсиялық орта су болып табылатын жағдайда мұнай суда болуы сирек кездеседі. Мұндай эмульсиялар гидрофильді: олар суда бiр қалыпты жiктеледi, жанармайда батады.

Эмульсиялардың түзілуі беткi құбылыстармен байланысты. Сұйықтың беттік шекарасы ауа  немесе басқа сұйықта  болса,  нақтылы беттiк керiлiспен сипатталады. Мұнай өнiмдерi және мұнайдың беттiк керiлiсі  0, 02-0, 05 Н/м аралықта өзгереді.

Таза мұнай айдағанда  кейбiр заттарының қосымшасы суы бар шекарада олардың беттiк керiлiсiнiң төмендеуiне әкелетіні белгiлi. Бұл құбылыс жалпы сипатқа ие.

Өте аз шоғырландыруларда тiптi заттар кейде еруде ерiткiштiң беттiк керiлiстерi айтарлықтай азайтады. Беттiк керiлiс төмендетуге қабiлеттi заттар (павалар) беттiк-активтi заттар деп аталады. Олардың құрамына (судан қорқу молекуланың бiр бөлiгi) көмiрсутек радикал және (гидрофиль молекуланың бiр бөлiгi) қандай болмасын полярлық топқа кiретiн  заттардың ерекшелігі. Әсердiң нәтижесiнде полярлық заттардың фазаларының бөлiмiнiң шекарасында жүйенiң екi фазалы сұйықтың беттiк керiлiсiнiң төмендеуi қосылған зат сол ерiткiш жүйенiң компонентiнде бiр қалыпты жiктеледi. Шоғырландыру  фаза бөлiнiсiнiң бетiнде ерiткiштiң барлық көлеміне қарағанда биiгiрек болады. Басқа сөзбен айтқанда, қосылған полярлық зат ерiткiштiң шалағай жiгiн сiңiрiп алып және оның шалағай энергиясын  азайтады.

Әр түрлi эмульсия, соның iшiнде мұнай, екi өзара ерімейтiн сұйықтардың қоспасына тек қана механикалық әсерде дисперсиялайды, өйткенi шақырауға iркiстене алады, сұйықтың ұсақ бөлшектерге майдалайды. Сұйықтардың беттiк керiлiсi аз болған сайын ашық, тамшының түзілуін жеңiлдетеді. Сұйықтың ортақ бетiнiң үлкеюi, жұмыстың кiшiрек шығынын талап етедi. Ауыр сұйықтың астамы түбiнде, дисперстiк фазаға тамшы қонады, осы  кезде iрiлеу бiр-бiрiмен кезiге топтаcады. Бұл процесс қабаттар эмульсиясының екі қабатқа жiктелуiне алып келеді. Дисперстi фазаның тамшы диаметр (10-7м) микрометрдiң оныншы еншiлерi және молекула аралық күштер өлшенедi күштiң гравитациялық бiркелкiлігінде дисперсиялықтар дәреже жанында тек қана эмульсияның қиратуын қиындатады.

Егер екi ермейтiн сұйықтардың қоспасы дисперсиялау шарттарына себепшi болса,  онда қабаттай беттiк керiлiстің түзілу есебiнен адсорбциалық төмендететiн беттiк-активтi зат қандай болмасын қатысады. Бiрiншiден, бұл тамшыны ұсақталуға мүмкiндiк туғызады, (не шешушi мәндi алады) екiншiден, тамшылар дисперсиялық ортаның молекулаларымен емес, адсорбциялық ортаның қабықшаларымен қоршалады. Бұл жағда йда тұрақты,  қиын таралатын эмульсия түзіледі, өйткенi дисперсиялық тамшылар адсорбциондық қабыршақтың өзiндiк сауыт қорғағыштық фазаларының болуынан бiр-бiрiмен қосыла алмайды. Кейбір жағдайда адсорбциондық қабыршақтың қалыңдығын микроскоп көмегімен көре аламыз.

Түзілуге және эмульсиялардың тұрақтануына себепшi болатын заттар эмульгаторлар деп аталады. Оған мұндай мұнайдың полярлық заттары, сондай шайырлар, шайыртастақтар, қышқылдың асфальтогендiсі және олардың ангидридтерi, нафтен қышқылдары, сонымен бiрге әр түрлi органикалық емес қоспалар жатады.

Тұрақты мұнай эмульсияларының түзілуінде әр түрлi қатты көмiрсутектер араласады - парафиндардың микрокристаллдары, церезин және аралас көмiрсутектердiң алкандары өзiндiк брондарды эмульсия глобуларының бетiнде сiңiре құрастырады. Шикі мұнайда шайырлар эмульгаторлар болып табылады. Олар мұнайларда жақсы ериді, ал суда ерімейді. Шайырлар, мұнай сулы бөлімнің бетінде адсорбцияланады, мұнай жанындағы беткі қабатқа түсіп судың бөлшектерін мықты қабықшамен қаптайды.

Жақсы еритiн мұнайда мұнай қышқылдарының алюмини, кальци, магний және темiр сабындары және оның дистилляттары болады. Мұнай қышқылдарының натри сабындары суларда жақсы ериді және көмiрсутектерде ерімейді.

2. Кинетикалық және агрегаттық орнықтылықтар

Сулану құбылысы диисперсиялық жүйенiң сипаттамасында үлкен мәнге ие. Қатты затты сұйықпен сулау беттiк керiлiс күшiнiң әсерiнiң нәтижесі ретiнде қарастыруға болады. Ол бұрыштың шеттік шамасымен өрнектеледі.

Егер су дисперсті орта болып табылса, бұл жүйе гидрофильді,ал май болса гидрофобты деп аталады. Алғашқысы орнықты, яғни уақыт аралығында тұрақты, екiншiсі әлсiз молекулалық өзара әрекеттесулер  нәтижесінде тұрақсыз.

Кинетикалық (седиментация) және агрегаттық орнықтылықтарды ажырату. Кинетикалығы седиментация мен броундық қозғалысты қамтамасыз етедi, ал агрегативті дисперстi фаза бөлшектерiнiң жабысып қалмау қабiлеттiлiгiн анықтайды. Агрегативтi күйi және механикалық қасиеттер бойынша (немесе құрылымсыз) еркiн - дисперсиялық және (жiктелген ) қисынды - дисперсиялық жүйелер болып бөлінеді. Алғашқысы қозғалғыштығы мен қарсылық көрсетпеуімен ерекшеленеді. Дисперсті байланыс жүйесі «гель» атауын алып кеңiстiктiң біркелкі құрылымымен ерекшеленеді. Ол  тұтқырлыққа,майысқақтыққа, берiктiкке, тығыздыққа ие болады.

Гелдiң кеңiстiктiк құрылымы механикалық әсерде бұзылады. Гел (сұйық дисперсті жүйе) зольге айналады. Тыныштық күйде құрылым қайта қалпына келедi. Кеңiстiктiң құрылуы мен бұзылу процесі тиксотропия деп аталады. Тиксотропия - бұрғылау ерiтiндiлерінің ең маңызды мiнездемелерiнiң бiрi.

3. Дисперсиялау, каогуляция, флокуляция және құрылым түзу

Коагуляция - молекулалық iлiнiс күштерi немесе ауырлық күштерiнiң әсерiмен дисперстiк фазаның бөлшектерiнiң (жабысу, араласып кету) iрiленуi.

Флокуляция - жапалаққа гидрофобты минералды бөлшектердiң жабысуы. Гидрофобты коагуляция дисперсиялық жүйенің сұйыққа және қатты фазаға толық қабыршақтануымен бейнеленедi.

Коагулденген коллоид жүйесiнiң дисперсиялылығын пептизаторды қосу арқылы қалпына келтiруге болады. Пептизация - коагуляцияның керi процесi.

Құрылым түзу - бұл коллоид бөлшектерiнiң жылжымайтын ерiтiндiсiндегi жабысып қалған және ерiтiндiнiң барлық көлемін толтыратын араның ұяшығының құрылымын құрастыру қабiлеттiлiгі.

Дисперсиялау - дисперсиялық жүйелердi даярлау әдiсі.

Дисперсиялық жүйелер аққыш қабілеттiлiктерге ие болады. Деформация және денелердiң ағымы туралы ғылым реология, ал деформация мен ағымға қатысты денелердiң қасиетi реологиялық деп аталады.