基本介紹
- 中文名：沉降平衡
- 外文名：sedimentation equilibrium
- 定義：沉降與擴散作用相等的平衡狀態
- 所屬學科：化學
簡介,高度分布公式,
簡介
若分散相的體積質量大於分散介質的體積質量，則分散相粒子受重力作用而下沉，這一過程稱為沉降。沉降的結果將使底部粒子濃度大於上部，即造成上下濃度差，而擴散將促使濃度趨於均勻。可見，沉降作用與擴散作用效果相反。當這兩種效果相反的作用相等時，溶膠粒子隨高度的分布形成一穩定的濃度梯度，達到平衡狀態，即容器底部濃度大，隨著高度的增加，粒子濃度逐漸減少，且不同高度處粒子濃度恆定，不隨時間而變化。這種狀態稱為沉降平衡。
溶膠粒子越大、分散相與分散介質的體積質量差別越大，溫度越低，達到沉降平衡時粒子的濃度梯度也越大。例如，粒子直徑為8.35nm的金溶膠，高度每增加0.025m，粒子濃度降低一半。而粒子直徑為1.86nm的高分散的金溶膠，高度每增加2.15m，粒子濃度才降低一半。
對於高分散度的溶膠，由於溶膠粒子的沉降與擴散速率皆很慢，要達到沉降平衡往往需要很長時間。在通常條件下，由於溫度波動而引起的對流，由於機械振動而引起的混合等，都妨礙了沉降平衡的建立。因此，很難看到高分散度的膠體的沉降平衡。
布朗運動能使溶膠粒子擴散而不至於沉降於底部，但布朗運動又容易使溶膠粒子相互碰撞聚結而變大。膠粒的變大必然導致溶膠體的不穩定性增強，故布朗運動對溶膠的穩定性起著雙重的作用。
高度分布公式
當沉降達到平衡時，在每一指定高度上的粒子濃度不再隨時間而變化。貝林（Petrie）以沉降平衡為基礎，導出了平衡時膠體粒子的濃度與高度的關係如下：
這就是溶膠濃度的高度分布公式。其中，n1、n2分別表示在高度為h1和h2處的粒子濃度，v表示單個粒子的體積，ρ和ρ0分別表示膠體粒子和分散介質的密度，g表示重力加速度。
高度分布公式表明，粒子密度和粒子體積愈大，則其濃度在不同高度上的差別愈大。威斯特格林(Westgren)曾用超顯微鏡觀察金溶膠在不同高度上的粒子數，並代入上式計算阿伏加德羅常數NA，所得結果為6.05×1023mol-1，這就證明了上式的正確性。
