콜로이드 입자의 안정성: 침강과 브라운 운동(1)

콜로이드 입자의 안정성: 침강과 브라운 운동(1)

 

---------------------------------------------------

 

흙탕물 또는 물속의 모래는 휘젓고 있는 동안만 분산 상태를 유지한다.

그러나 AgI와 같은 콜로이드 입자는 가만히 놔둬도 오래도록 분산 상태를 유지한다.

 

Why?

 

모래나 AgI 둘 다, 공기 중에 있다면 작용하는 힘은 중력뿐이지만,

물속에선 중력뿐 아니라 부력도 함께 작용한다.

 

 

둘 다 구형 입자로 가정하고,

 

 

 

중력 식과 부력 식으로부터 입자에 작용하는 알짜 힘()을 유도하면,

 

 

 

만약 입자의 밀도와 액체의 밀도가 같다면,

= 0, 따라서  = 0이 되어,

입자는 가라앉지 않을 것이다.

 

모래의 경우,  > 0, 따라서  > 0이 되어,

가라앉는다.(침강된다.)

 

콜로이드 입자도 이 알짜 힘()에 의해 움직일 수 있다.

 

 

---------------------------------------------------

 

 

이제 콜로이드 입자가 유체(액체 또는 기체) 속에서 알짜 힘()에 의해 일정 속도(u)로 운동할 때, 작용하는 힘을 생각해보자. 어떤 힘이 있을까?

 

 

 

입자를 움직이게 하는 알짜 힘과 유체 저항력은 서로 비례하기 때문에,

(물속에서 빠르게 걸으려고 하면 그만큼 힘이 더 든다.)

 

 

 

이 관계식으로부터 침강 속도 식을 유도할 수 있다.

 

 

침강(sedimentation): 유체 속에 있는 입자의 중력에 의한 등속하강운동

 

 

 

침강 속도 식으로부터...

① 입자 크기()가 침강 속도에 큰 영향을 준다.

  ⇨ 크기가 작은 콜로이드 입자가 침강 잘 안 되는 이유

  ⇨ 입자 크기가 클수록, 침강 속도 증가

 

② 입자 밀도 ≒ 유체(액체) 밀도

  ⇨ 침강 ×

 

③ 액체 점도가 클수록, 침강 속도 감소

  ⇨ 콜로이드 분산계의 안정도 증가

 

④ 입자 밀도 < 유체(액체) 밀도

  ⇨ u < 0

  ⇨ 입자는 떠오를 것이며(상승), 그 속도도 구할 수 있다.

 

⑤ 중력보다 큰 원심력을 작용시키면, 콜로이드 입자도 침강시킬 수 있다.

  ⇨ 원심분리기 원리

 

 

 

[ 이어지는 글 https://ywpop.tistory.com/2694 ] 콜로이드 입자의 안정성: 침강과 브라운 운동(2)