От каких факторов зависит вязкость жидкости

Как правило, жидкости, состоящие из больших молекул, будут иметь более высокую вязкость. Это особенно хорошо проявляется на примере длинных цепочечных веществ, которые являются полимерами или более тяжелыми углеводородными соединениями. Такие молекулы, как правило, перекрывают друг с друга, препятствуя движению через них.

Другим важным фактором является то, как молекулы взаимодействуют друг с другом. Полярные соединения могут образовывать водородные связи, которые удерживают отдельные молекулы вместе, увеличивая общее сопротивление потоку или движению. Хотя молекула воды и является полярной, она имеет низкую вязкость в связи с тем, что ее молекулы достаточно малы. Наиболее вязкие жидкости, как правило, те, которые имеют растянутые молекулы или сильную полярность. Примерами могут служить глицерин и пропиленгликоль.

Температура оказывает большое влияние на вязкость. Измерения свойств жидкостей всегда даются в зависимости от температуры. В жидкостях вязкость уменьшается с ростом температуры. Это можно видеть при нагревании сиропа или меда. Так происходит потому, что молекулы движутся быстрее и, следовательно, меньше времени контактируют друг с другом. Вязкость газов, напротив, увеличивается с ростом температуры. Это происходит потому, что молекулы движутся быстрее и происходит больше столкновений между ними. Таким образом увеличивается плотность потока.

31. Поверхность макромолекулы может иметь собственный заряд, возникающий благодаря расположенным на ней анионным и катионным группам.

Полиэлектролиты это полимеры, в макромолекулах которых содержатся ионогенные группы.

Величина и знак заряда белков, находящихся в растворе, зависит от рН среды. Это обстоятельство обусловлено неодинаковым числом ионогенных групп – СООН и – NH2. Меняя рН среды, можно изменять ионизирующую способность макромолекул белков. Константы диссоциации кислотных и основных групп белков не совпадают. По этой причине число диссоциированных основных и кислотных групп макромолекул белка может быть одним и тем же только при определѐнном значении рН среды. Такое состояние соответствует изоэлектрической точке (ИЭТ), т.е. значению рН среды, при котором число ионизированных основных групп равно числу ионизированных кислотных групп.

Изоэлектрическим состоянием белка называется состояние белковой молекулы, при котором её положительные и отрицательные заряды взаимно скомпенсированы.

Условно молекулу белка в изоэлектрическом состоянии можно изобразить так:

+NH3 –R – COO

Факторы, влияющие на величину и знак заряда белковой молекулы

1. Влияние аминокислотного состава белковой молекулы на ее заряд (при условии нейтральной среды, рН=7):

– если в белковой молекуле преобладают кислые аминокислоты(аспарагиновая и глутаминовая кислоты), то суммарный заряд белковой молекулы будет отрицательным (в нейтральной среде);

– если в белковой молекуле преобладают основные аминокислоты(лизин, аргинин, гистидин), то суммарный заряд белковой молекулы будет положительным (в нейтральной среде).

Например, молекула альбумина(анионогенный белок) содержит в полипептидной цепи много дикарбоновых аминокислот и, следовательно, имеет отрицательный заряд. В крови, которая имеет рН 7,4, отрицательный заряд альбумина равен 18. Другой пример –гистоны, входящие в состав хроматина ядра клетки, содержат много аргинина и лизина, следовательно, гистоны – это катионогенные белки.

2.Влияние рН среды на заряд белковой молекулы

Суммарный заряд белковой молекулы зависит от рН среды (в кислой среде заряд положительный, а в щелочной – отрицательный).

– если среда щелочная, рН>7

Высокая концентрация гидроксильных ионов (ОН–) подавляет ионизацию слабой аминогруппы и белки приобретаютотрицательный заряд:

– если среда кислая, рН

Вернуться на главную страницу. или ЗАКАЗАТЬ РАБОТУ

91.146.8.87 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)

очень нужно

Зависимость вязкости от состава и структуры индивидуальных жидкостей

Вязкость однородной жидкости в высокой степени постоянная величина. Дуфф нашел, что вязкость керосина в интервале градиентов скоростей от 0,1 сек.-1 до 20 000 сек."1 и вязкость воды в пределах 5 — 50 000 сек.-1 остается постоянной и расхождения между определениями не превышают точности метода измерения. Если принять специальные меры предосторожности против химического изменения, то во времени вязкость практически также не изменяется.

Таким образом, вязкость является одной из основных физических констант жидкости.

Ее величина у различных жидкостей колеблется в очень широких пределах. Если исключить жидкий гелий, который обладает сверхтекучестью при температурах ниже 2,1° К (гелий II) то наименее вязкой жидкостью является жидкая СОа при критической температуре. Ее вязкость около 2 . 10^л(в 50 раз меньше вязкости воды). У наименее вязких органических жидкостей вязкость равна 10

Читайте также:  Замена резонатора ваз 2115 с гофрой

2 пуаз. К наиболее вязким жидкостям относятся расплавленные стекла при температурах, немногим превышающих температуру плавления; вязкие минеральные масла при низких температурах; многие жидкие высокомолекулярные соединения и другие вещества. Их вязкость достигает I — 10е — — 1 • 108 пуаз и больше. Ньютоновская вязкость жидких нефтепродуктов в интервале температур 10 —150° лежит между 1 . 10-3 и 1 . 10 пуаз.

Вязкость зависит от состава и структуры жидкости, а также от температуры и давления. Чтобы учесть влияние состава, необходимо выбрать общую температуру для сравнения жидкостей. Вследствие разнообразного температурного интервала их существования и различной зависимости вязкости жидкостей от температуры найти такую температуру для всех жидкостей невозможно и затруднительно даже у близких по составу жидкостей (фиг. 59).

Для сравнения индивидуальных жидкостей следует выбрать границы температурного интервала их существования, т. е. температуру плавления или критическую температуру. Однако измерения вязкости при этих температурах далеко не всегда возможны, поэтому удобнее выбрать температуры, соответствующие равным долям этих температур (например, х/2 или х/з критической температуры). Они называются соответственными температурами . Соответственными температурами также является температура кипения при атмосферном давлении, температура кипения при давлении 15 мм рг. ст. и в вакууме катодного свечения.

Соответственные температуры связаны следующими эмпирическими соотношениями с критической температурой Тк:

температура кипения при атмосферном давлении

Однако измерять вязкость и при соответственных температурах удается далеко не всегда. К тому же

для многих жидкостей они не

известны, а минеральные масла и другие нефтепродукты, являющиеся сложными смесями индивидуальных соединений, не имеют определенной критической температуры или температуры плавления. Поэтому обычно сравнивают жидкости при какой-либо постоянной общей температуре, выбранной или из соображений удобства измерения (например, 18, 20, 25°), или в соответствии с условиями применения жидкостей (например, 100° для минеральных масел), или, наконец, для охвата возможно большего числа жидкостей. Следует иметь в виду, что при этих температурах жидкости сравнивают не в одинаковых состояниях.

Дунстан и Тол нашли следующую эмпирическую зависимость:

где М—молекулярный вес; а и b—постоянные. Величина Ь характерна для каждого гомологического ряда. Значение вязкости некоторых соединений и логарифмического инкремента для группы СН2 соответствующих классов приведены в табл. 10 и 11.

Формула Дунстана и Тола позволяет с удовлетворительным приближением вычислять вязкость отдельных органических соединений. Однако эта формула отнюдь не универсальна. Для низших гомологов многих рядов, для жирных кислот и для некоторых других соединений она дает результаты, сильно расходящиеся с экспериментальными.

В табл. 11—16 приведены значения вязкости индивидуальных углеводородов, заимствованные из справочника Н. А. Рагозина и работ Эванса ..

Сравнение алифатических углеводородов различных гомологических рядов показывает, что изосоединения с одной изо-группой имеют меньшую вязкость, чем соответствующие нормальные соединения. По мере увеличения числа изогрупп и их длины вязкость растет. У соединений с сильно разветвленными цепями она больше, чем у парафиновых углеводородов с прямыми цепями. Алифатические соединения с одной или двумя двойными связями при комнатной температуре, как правило, обладают меньшей вязкостью, чем насыщенные соединения при той же температуре; однако вследствие различной зависимости вязкости от температуры при некоторых температурах их взаимное положение может меняться. Единичные данные Торпа и Роджера и указания Кремана на ббльшую вязкость ненасыщенных углеводородов по сравнению с насыщенными не подтверждаются результатами новых измерений.

Введение в нормальные алифатические углеводороды гидро-ксильной и карбонильной групп, хлорирование, бромирование и сульфирование приводят к повышению вязкости. Влияние отдельных атомов и групп видно из табл. 17, составленной по данным Торпа и Роджера .

Вязкость возрастает в ряду: углеводороды с нормальными цепями—ароматические углеводороды—нафтеновые углеводороды.

определяется также температурой, при которой они сравниваются.

Вязкость циклических углеводородов с боковыми цепями зависит не только от длины последних, но и от их разветвленное™, а у углеводородов с несколькими боковыми цепями —также и от их положения. Разветвленность цепей в общем повышает вязкость (табл. 15 и 19), например, у н-бутилциклогексана щ = = 0,91 сп, а у изобутилциклогексана г)0 = 1,72 сп. О влиянии положения боковых цепей в молекуле можно судить по вязкости орто-, мета- ипарадиметил-циклогексана и диметилбензола (ксилола) (табл. 14 и 15). У этих соединений вязкость при орто-положении боковых цепей наибольшая, а в мета-положении наименьшая.

Так как циклические углеводороды с многими или разветвленными боковыми цепями обладают высоким и неодинаковым для каждого соединения температурным коэфициентом вязкости, то при различных температурах их взаимное положение может измениться. Вязкость н-бутилциклогексана ^fi0 = 0,79 сп, а изобутилциклогексана = 0,58 сп.

Читайте также:  Как проверить моторчик печки ваз 2109

= 25,0 ел .

Исследования С. С. Наметкина и Е. С. Покровской показывают, что кинематическая вязкость полициклических углеводородов возрастает с увеличением числа циклов и их гидриро-ванности (табл. 18 и 19).

В настоящее время еще не имеется достаточно данных для детальной характеристики связи вязкости полициклических углеводородов с их составом и структурой. Можно, однако, считать доказанным, что с увеличением количества углеродных атомов в молекуле этих углеводородов вязкость возрастает и зависимость вязкости от числа циклов становится более значительной (фиг. 60).

Для сложных циклических углеводородов остается открытым вопрос о наиболее целесообразной температуре сравнения вязкости

Повышение вязкости с увеличением молекулярного веса однотипных органических соединений является весьма общим свойством. Аналогичная зависимость наблюдается у полисиликонов (табл. 20), полиизобутиленов, полистиролов , жирных кислот , углефторов , сложных диэфиров и у других классов соединений.

Характер и степень функциональной зависимости вязкости от молекулярного веса зависят от структуры и состава молекул жидкости. Ряд данных дает основание предполагать, что имеет значение собственно не молекулярный вес, а молекулярный объем. В тех случаях, когда по каким-либо причинам (молекулярная перегруппировка, скручивание цепей молекул высокомолекулярных соединений и т. д.) последний меняется, вязкость соединений с одинаковым молекулярным весом соответственно изменяется. Аддитивность вязкости в гомологических рядах соблюдается до тех пор, пока удлинение цепи не приводит к ее деформированию тепловым движением и другими факторами.

Влияние температуры на вязкость жидкостей А. Состав и структура жидкости и зависимость ее вязкости от температуры

Температура является наиболее важным физическим фактором, от которого зависит вязкость жидкостей. Величина вязкости без указания температуры не имеет смысла, так как в крайних точках температурного интервала существования жидкости она может быть совершенно различной.

, производной вязкости по температуре

определяется величиной вязкости (или, как ее иногда называют, при сравнении вязкостно-температурных свойств жидкости, уровнем вязкости) и химическим составом жидкости. Возрастание температурной зависимости вязкости с увеличением самой вязкости отчетливо показано П. П. Кобеко, Е. В. Кувшин-ским и Н. И. Шишкиным на большом числе жидкостей (фиг. 61). Температурный коэфициент вязкости жидкостей непостоянен и возрастает с понижением температуры и соответственно с повышением вязкости (табл. 21).

Примечание. В таблице приведены данные следующих авторов: 1 — Бингам и Джексон; 2—6—Гоффети Клаксон; 7—9—Тори и Роджер; 10—12— Шостаковский и Папок; 13—15 —Наметкин и Покровская; 16—18 —Фукс и Митрофанова.

Вя́зкость (вну́треннее тре́ние) — одно из явлений переноса, свойство текучих (жидкостей и газов) и твёрдых (металлов, полупроводников, диэлектриков, ферромагнетиков) [1] тел оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно другой. В результате работа, затрачиваемая на это перемещение, рассеивается в виде тепла.

Механизм внутреннего трения в жидкостях и газах заключается в том, что хаотически движущиеся молекулы переносят импульс из одного слоя в другой, что приводит к выравниванию скоростей — это описывается введением силы трения. Вязкость твёрдых тел обладает рядом специфических особенностей и рассматривается обычно отдельно.

Различают динамическую вязкость (единица измерения в Международной системе единиц (СИ) — Па·с, в системе СГС — пуаз; 1 Па·с = 10 пуаз) и кинематическую вязкость (единица измерения в СИ — м²/с, в СГС — стокс, внесистемная единица — градус Энглера). Кинематическая вязкость может быть получена как отношение динамической вязкости к плотности вещества и своим происхождением обязана классическим методам измерения вязкости, таким как измерение времени вытекания заданного объёма через калиброванное отверстие под действием силы тяжести. Прибор для измерения вязкости называется вискозиметром.

Переход вещества из жидкого состояния в стеклообразное обычно связывают с достижением вязкости порядка 10 11 —10 12 Па·с.

Содержание

Сила вязкого трения F , действующая на жидкость, пропорциональна (в простейшем случае сдвигового течения вдоль плоской стенки [2] ) скорости относительного движения v тел и площади S и обратно пропорциональна расстоянию между плоскостями h :

Коэффициент пропорциональности, зависящий от природы жидкости или газа, называют коэффициентом динамической вязкости. Этот закон был предложен Исааком Ньютоном в 1687 году и носит его имя (закон вязкости Ньютона). Экспериментальное подтверждение закона было получено в начале XIX века в опытах Кулона с крутильными весами и в экспериментах Хагена и Пуазёйля с течением воды в капиллярах [3] .

Качественно существенное отличие сил вязкого трения от сухого трения, кроме прочего, то, что тело при наличии только вязкого трения и сколь угодно малой внешней силы обязательно придет в движение, то есть для вязкого трения не существует трения покоя, и наоборот — под действием только вязкого трения тело, вначале двигавшееся, никогда (в рамках макроскопического приближения, пренебрегающего броуновским движением) полностью не остановится, хотя движение и будет бесконечно замедляться.

Читайте также:  Чем отличаются обслуживаемые аккумуляторы от необслуживаемых

Вторая вязкость, или объёмная вязкость — внутреннее трение при переносе импульса в направлении движения. Влияет только при учёте сжимаемости и (или) при учёте неоднородности коэффициента второй вязкости по пространству.

Если динамическая (и кинематическая) вязкость характеризует деформацию чистого сдвига, то вторая вязкость характеризует деформацию объёмного сжатия.

Объёмная вязкость играет большую роль в затухании звука и ударных волн, и экспериментально определяется путём измерения этого затухания.

В кинетической теории газов коэффициент внутреннего трения вычисляется по формуле

С повышением температуры вязкость большинства газов увеличивается, это объясняется увеличением средней скорости молекул газа u <displaystyle u>, растущей с температурой как T <displaystyle <sqrt >>

Влияние температуры на вязкость газов Править

В отличие от жидкостей, вязкость газов увеличивается с увеличением температуры (у жидкостей она уменьшается при увеличении температуры).

Формула Сазерленда может быть использована для определения вязкости идеального газа в зависимости от температуры: [4]

  • μ — динамическая вязкость в (Па·с) при заданной температуре T;
  • μ — контрольная вязкость в (Па·с) при некоторой контрольной температуре T;
  • T — заданная температура в Кельвинах;
  • T — контрольная температура в Кельвинах;
  • C — постоянная Сазерленда для того газа, вязкость которого требуется определить.

Эту формулу можно применять для температур в диапазоне 0 [5]

273 19 [6]

Динамическая вязкость Править

Внутреннее трение жидкостей, как и газов, возникает при движении жидкости вследствие переноса импульса в направлении, перпендикулярном к направлению движения. Для так называемых ньютоновских жидкостей (которых вокруг нас большинство) справедлив общий закон внутреннего трения — закон Ньютона:

Иная формула, представляющая коэффициент вязкости, была предложена Бачинским. Как показано, коэффициент вязкости определяется межмолекулярными силами, зависящими от среднего расстояния между молекулами; последнее определяется молярным объёмом вещества V M <displaystyle V_> . Многочисленные эксперименты показали, что между молярным объёмом и коэффициентом вязкости существует соотношение:

Это эмпирическое соотношение называется формулой Бачинского [7] .

Динамическая вязкость жидкостей уменьшается с увеличением температуры, и растёт с увеличением давления.

Кинематическая вязкость Править

В технике, в частности, при расчёте гидроприводов и в триботехнике, часто приходится иметь дело с величиной:

и эта величина получила название кинематической вязкости [8] .

Кинематическая вязкость в старых источниках часто указана в сантистоксах (сСт). В СИ эта величина переводится следующим образом: 1 сСт = 1 мм²/c = 10 −6 м²/c.

Условная вязкость Править

Условная вязкость — величина, косвенно характеризующая гидравлическое сопротивление течению, измеряемая временем истечения заданного объёма раствора через вертикальную трубку (определённого диаметра). Измеряют в градусах Энглера (по имени немецкого химика К. О. Энглера), обозначают — °ВУ. Определяется отношением времени истечения 200 см³ испытываемой жидкости при данной температуре из специального вискозиметра ко времени истечения 200 см³ дистиллированной воды из того же прибора при 20 °С. Условную вязкость до 16 °ВУ переводят в кинематическую по таблице ГОСТ, а условную вязкость, превышающую 16 °ВУ, по формуле:

Ньютоновские и неньютоновские жидкости Править

Ньютоновскими называют жидкости, для которых вязкость не зависит от скорости деформации. В уравнении Навье — Стокса для ньютоновской жидкости имеет место аналогичный вышеприведённому закон вязкости (по сути, обобщение закона Ньютона, или закон Навье — Стокса [9] ):

Среди неньютоновских жидкостей, по зависимости вязкости от скорости деформации различают псевдопластики и дилатантные жидкости. Моделью с ненулевым напряжением сдвига (действие вязкости подобно сухому трению) является модель Бингама. Если вязкость меняется с течением времени, жидкость называется тиксотропной. Для неньютоновских жидкостей методика измерения вязкости получает первостепенное значение.

С повышением температуры вязкость многих жидкостей падает. Это объясняется тем, что кинетическая энергия каждой молекулы возрастает быстрее, чем потенциальная энергия взаимодействия между ними. Поэтому все смазки всегда стараются охладить, иначе это грозит простой утечкой через узлы.

Вязкость аморфных материалов (например, стекла или расплавов) — это термически активизируемый процесс [10] :

Вязкость аморфных материалов весьма точно аппроксимируется двуэкспоненциальным уравнением [11] :

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

Adblock detector