Примеры и описание эффекта Ребиндера
Эффект Ребиндера – это облегчение диспергирования под влиянием адсорбции.
В 1928 году этот эффект был открыт Петром Ребиндером. Данный эффект представляет собой изменение механических свойств твердых тел благодаря физико-химическим процессам, которые вызывают уменьшение межфазной энергии тела, что приводит к деформации - адсорбционное понижение прочности. Если рассматривать кристаллическое тело, то кроме уменьшения межфазной энергии, для проявления эффекта Ребиндера важно, чтобы у кристалла были дефекты в структуре, которые необходимы для зарождения трещин. У поликристаллических тел такие дефекты - границы зерен. Эффект проявляется в виде возникновения хрупкости и снижения прочности, уменьшения долговечности и облегчения диспергирования. Чтобы проявился эффект Ребиндера необходимо создать следующие условия:
- наличие растягивающих направлений,
- контакт твердого тела с жидкой средой.
К особенностям, которые отличают эффект Ребиндера от растворения или коррозии, можно отнести следующие аспекты:
- возвращение тела к начальным параметрам после удаления среды,
- быстрое проявление - сразу после контакта тела со средой,
- достаточность небольшого объема действующего на твердое тело вещества, но только с сопутствующим механическим воздействием.
Существуют следующие примеры проявления эффекта Ребиндера: 1. Монокристаллическая цинковая проволока, которая на воздухе растягивается в два раза, после окунания в раствор нитрата ртути, разламывается при попытке растягивания с образованием гладкой поверхности излома. 2. Поликристаллическая цинковая пластина на воздухе складывается пополам без трещин, но если нанести на нее капли галлия или ртути она будет трескаться и ломаться.
В ионных кристаллах эффект Ребиндера проявляется в случае контакта с определенными полярными веществами: поликристаллы хлорида натрия теряют прочность при растяжении и изгибе в воде, которая насыщена хлоридом калия; пластичные монокристаллы хлорида натрия при температуре 400 градусов по Цельсию и наличии расплава хлорида алюминия или хлорида цинка, становятся хрупкими. Для молекулярных кристаллов проявление эффекта возможно только в случае контакта с определенными неполярными веществами. Например, поликристаллы нафталина теряют 50 % прочности в присутствии дихлорметана и бензола. У силикатного стекла пропадает прочность на излом в случае присутствия воды.
Эффект Ребиндера активно используется для эффективного диспергирования – бурение горных пород; помол цемента и руды; при механической обработке твердых тел высокой прочности (прокатка, сверление, полирование, шлифование), предотвращение агрегации измельченных материалов. Устранение условий, которые способствуют проявлению эффекта Ребиндера, позволяет бороться с нежелательным действием сред, например, с ускоренным разрушением адсорбентов и катализаторов.
Адсорбенты – это высокодисперсные материалы с большой удельной поверхностью, на которой происходит адсорбция соприкасающихся с ней жидкостей и газов.
Эффект Ребиндера в полимерах
Полимер – это вещество, которое состоит из мономерных звеньев, соединенных в длинные макромолекулы химическими связями.
В полимерах эффект Ребиндера проявляется своеобразно. В жидкости возникновение и развитие новой поверхности наблюдается не только при разрушении, но и в процессе деформации полимера, сопровождающейся ориентацией макромолекул. На рисунке ниже представлены структуры одно и того же полимера - лавсана. Один образец был растянут на воздухе, а второй в адсорбционно-активной жидкости. Во втором случае пленка не сужается, но становится непрозрачной и молочно-белой.
Рисунок 1. Структура лавсана. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Во втором случае в лавсане образуется уникальная фибриллярно-пористая структура, которая состоит из нитеобразных агрегатов макромолекул - фибриллы, разделенных порами - микропустотами. Фибриллы разобщены в пространстве, а микропустоты рассеивают свет и придают лавсану молочно-белый цвет. Микропустоты заполняются жидкостью, потому гетерогенное строение сохраняется даже после снятия деформирующего воздействия. Данная структура возникает в определенных зонах и в процессе деформирования захватывает больший объем. Таким образом благодаря эффекту Ребиндера простым способом - растяжение полимерной пленки в жидкости, полимеру придается уникальная структура, которая обладает высоким уровнем межфазной поверхности. Фибриллярно-пористый материал с нанометровыми размерами элементов структуры имеет удельную поверхность, которая достигает нескольких сотен квадратных метров на один грамм исходного вещества. При этом, выгодный, с точки зрения энергетики, рост межфазной поверхности не продолжается слишком долго. Когда фибриллы становятся очень длинными, то начинается процесс слияния, то есть полимер претерпевает структурный переход от рыхлой структуры к более компактной.
