콜로이드 입자의 안정성: 침강과 브라운 운동(2)

콜로이드 입자의 안정성: 침강과 브라운 운동(2)

 

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콜로이드 입자가 분산계(매질)에서 침강되지 않고 안정적으로 분산 상태를 유지하는 이유 중 하나가 입자의 작은 크기라는 것을 침강 속도 식을 통해 알아보았다.

( 참고 https://ywpop.tistory.com/2693 )

 

그러나 콜로이드 분산계가 안정한 더 큰 이유는 2가지가 더 있다.

① ‘브라운 운동’과 ② ‘전기이중층’이다.

 

 

절대영도 이상에서 모든 물질은 가만있지 않고 끊임없이 운동한다.

분산계의 대부분을 차지하는 액체 분자들 역시 그렇다.

사방팔방으로 불규칙하게 저들끼리 이리저리 부딪치면서...

그렇다면 이 난리 통 속에 있는 콜로이드 입자는 어떻게 될까?

당연히 액체분자들과 부딪칠 것이고, 이로 인해 콜로이드 입자는 브라운 운동을 한다.

 

 

액체 분자들에 의해 부딪친 콜로이드 입자가

시간 t동안 움직인 평균거리, x를 구해보면,

 

 

 

D는 입자의 확산 계수이고, 확산 계수는 Stokes-Einstein 관계식으로 나타낼 수 있다.

 

 

 

 

예제) 20℃ 물속에 있는 콜로이드 입자는 브라운 운동에 의해 1분 동안 어느 정도 움직일까?

(물의 점도=0.01 poise)

 

a) r = 1 μm일 경우,

 

 

 

b) r = 0.01 μm, 즉 10 nm일 경우  ⇨  50 μm

 

 

해설) 콜로이드 입자(특히 r < 0.1 μm)는 약간 가라앉을 수도 있겠지만,

브라운 운동 때문에 지속적으로 분산 상태를 유지한다.

⇨ 콜로이드 입자가 침강 잘 안 되는 이유, 즉 안정한 이유.