अवसादन संतुलन: Difference between revisions

Revision as of 23:47, 23 June 2023

अणुओं जैसे विभिन्न कणों के निलंबन में अवसादन संतुलन तब मौजूद होता है, जब अवसादन के कारण किसी एक दिशा में प्रत्येक सामग्री के परिवहन की दर प्रसार के कारण विपरीत दिशा में परिवहन की दर के बराबर होती है। अवसादन किसी बाहरी बल के कारण होता है, जैसे गुरुत्वाकर्षण या सेंट्रीफ्यूज में केन्द्रापसारक बल।

इसकी खोजा जीन-बैप्टिस्ट पेरिन ने कोलाइड्स के लिए की थी जिसके लिए उन्हें 1926 में भौतिकी में नोबेल पुरस्कार मिला था।^[1]

कोलाइड

कोलाइड में, कोलाइडल कणों को अवसादन संतुलन में कहा जाता है यदि अवसादन की दर प्रकार कि गति से गति की दर के बराबर होती है। पतला कोलाइड्स के लिए, इसे लाप्लास-पेरिन वितरण नियम का उपयोग करके वर्णित किया गया है:

$\Phi (z)=\Phi _{0}\exp {\biggl (}-{\frac {m^{*}g}{k_{B}T}}z{\biggr )}=\Phi _{0}e^{-z/l_{g}}$ कहाँ

$\Phi (z)$ ऊर्ध्वाधर दूरी के एक समारोह के रूप में कोलाइडयन कण मात्रा अंश है $z$ ऊपर संदर्भ बिंदु $z=0$ ,

$\Phi _{0}$ संदर्भ बिंदु पर कोलाइडयन कण मात्रा अंश है $z=0$ ,

$m^{*}$ कोलाइडल कणों का आर्किमिडीज का सिद्धांत है,

$g$ मानक गुरुत्वाकर्षण है,

$k_{B}$ बोल्ट्जमैन स्थिरांक है,

$T$ परम तापमान है,

और $l_{g}$ अवसादन लंबाई है।

उत्प्लावक द्रव्यमान का उपयोग करके गणना की जाती है $m^{*}=\Delta \rho V_{P}={\frac {4}{3}}\pi \Delta \rho R^{3}$ कहाँ $\Delta \rho$ कोलाइडल कणों और निलंबन माध्यम के द्रव्यमान घनत्व में अंतर है, और $V_{P}$ एक गोले के आयतन का उपयोग करके पाया जाने वाला कोलाइडल कण आयतन है ( $R$ कोलाइडल कण की त्रिज्या है)।

अवसादन लंबाई

अवसादन लंबाई देने के लिए लाप्लास-पेरिन वितरण नियम को पुनर्व्यवस्थित किया जा सकता है $l_{g}$ . अवसादन लंबाई ऊंचाई पर कोलाइडल कण पाए जाने की संभावना का वर्णन करती है $z$ संदर्भ बिंदु के ऊपर $z=0$ . लंबाई में $l_{g}$ संदर्भ बिंदु के ऊपर, कोलाइडल कणों की सांद्रता एक कारक से कम हो जाती है $e$ .

$l_{g}={\frac {k_{B}T}{m^{*}g}}$ यदि अवसादन की लंबाई व्यास से बहुत अधिक है $d$ कोलाइडल कणों की ( $l_{g}>>d$ ), कण इस व्यास से अधिक दूरी तक फैल सकते हैं, और पदार्थ एक निलंबन बना रहता है। हालाँकि, यदि अवसादन की लंबाई व्यास से कम है ( $l_{g}<d$ ), कण केवल बहुत कम लंबाई तक फैल सकते हैं। वे गुरुत्वाकर्षण के प्रभाव में तलछट में जमा हो जाएंगे और कंटेनर के निचले भाग में बैठ जाएंगे। पदार्थ को अब कोलाइडल निलंबन नहीं माना जा सकता है। यदि कोलाइडल कणों को फिर से निलंबित करने के लिए कार्रवाई की जाती है, जैसे कि कोलाइड को हिलाना, तो यह फिर से एक कोलाइडयन निलंबन बन सकता है।^[2]

उदाहरण

द्रव्यमान घनत्व में अंतर $\Delta \rho$ द्रव्यमान घनत्व के कोलाइडल कणों के बीच $\rho _{1}$ और द्रव्यमान घनत्व के निलंबन का माध्यम $\rho _{2}$ , और कणों का व्यास, के मूल्य पर प्रभाव डालता है $l_{g}$ . एक उदाहरण के रूप में, पानी में पोलीएथीलेने कणों के कोलाइडल निलंबन पर विचार करें, और कणों के व्यास के लिए तीन अलग-अलग मान: 0.1 माइक्रोन, 1 माइक्रोन और 10 माइक्रोन। एक गोले के आयतन का उपयोग करके एक कोलाइडयन कणों की मात्रा की गणना की जा सकती है $V={\frac {4}{3}}\pi R^{3}$ .

$\rho _{1}$ पॉलीथीन का द्रव्यमान घनत्व है, जो लगभग औसतन 920 किग्रा/मी है^{3</उप> ^[3] और $\rho _{2}$ पानी का द्रव्यमान घनत्व है, जो लगभग 1000 किलोग्राम/मीटर है³ कमरे के तापमान पर (293K)।^[4] इसलिए $\Delta \rho =\rho _{1}-\rho _{2}$ -80 किग्रा/मी है^{3</उप>।}}

$l_{g}$ for different sizes of polyethylene and silicon particles
Diameter $d$ (μm)	$l_{g}$ for polyethylene particles (μm)	$l_{g}$ for silicon particles (μm)
0.01	-9.84×10⁶	5.92×10⁵
0.1	-9840	592
1	-9.84	0.592
10	-9.84×10⁻³	5.92×10⁻⁴

आम तौर पर, $l_{g}$ साथ घटता है $d^{3}$ . 0.1 माइक्रोन व्यास वाले कण के लिए, $l_{g}$ व्यास से बड़ा है, और कण विसरित होने में सक्षम होंगे। 10 माइक्रोन व्यास कण के लिए, $l_{g}$ व्यास से बहुत छोटा है। जैसा $l_{g}$ नकारात्मक है कण क्रीम होंगे, और पदार्थ अब कोलाइडयन निलंबन नहीं होगा।

इस उदाहरण में, द्रव्यमान घनत्व का अंतर है $\Delta \rho$ अपेक्षाकृत छोटा है। पॉलीथीन की तुलना में अधिक सघन कणों वाले कोलाइड पर विचार करें, उदाहरण के लिए लगभग 2330 किग्रा/मी के द्रव्यमान घनत्व वाला सिलिकॉन^{3</उप>।^[4]यदि इन कणों को पानी में निलंबित कर दिया जाए, $\Delta \rho$ 1330 किग्रा/मीटर होगा^{3</उप>। $l_{g}$ के रूप में घटेगा $\Delta \rho$ बढ़ती है। उदाहरण के लिए, यदि कणों का व्यास 10 सुक्ष्ममापी होता तो अवसादन की लंबाई 5.92 × 10 होगी⁻⁴ μm, पॉलीथीन कणों की तुलना में छोटे परिमाण का एक क्रम। इसके अलावा, क्योंकि कण पानी से अधिक घने होते हैं, $l_{g}$ सकारात्मक है और कण तलछट करेंगे।}}

अल्ट्रासेंट्रीफ्यूज

आधुनिक अनुप्रयोग एनालिटिकल अल्ट्रासेंट्रीफ्यूज का उपयोग करते हैं। माप का सैद्धांतिक आधार मेसन-वीवर समीकरण से विकसित किया गया है। प्रोटीन के आणविक भार और उनके अंतःक्रियात्मक मिश्रण के लिए विश्लेषणात्मक अवसादन संतुलन विश्लेषण का उपयोग करने का लाभ एक घर्षण गुणांक की व्युत्पत्ति की आवश्यकता से बचना है, अन्यथा गतिशील अवसादन वेग की व्याख्या के लिए आवश्यक है।

आणविक द्रव्यमान को निर्धारित करने के लिए अवसादन संतुलन का उपयोग किया जा सकता है। यह समाधान में प्रोटीन जैसे आणविक द्रव्यमान को मापने के लिए एक विश्लेषणात्मक अल्ट्रासेंट्रीफ्यूजेशन विधि का आधार बनाता है।

संदर्भ

↑ "The Nobel Prize in Physics 1926". NobelPrize.org (in English). Retrieved 2021-03-18.
↑ Piazza, Roberto; Buzzaccaro, Stefano; Secchi, Eleonora (2012-06-27). "The unbearable heaviness of colloids: facts, surprises, and puzzles in sedimentation". Journal of Physics: Condensed Matter (in English). 24 (28): 284109. doi:10.1088/0953-8984/24/28/284109. ISSN 0953-8984. PMID 22738878. S2CID 23309333.
↑ Batra, Kamal. "लीनियर लो डेंसिटी पॉलीथीन (एलएलडीपीई) फिल्मों में एडिटिव्स की भूमिका".{{cite web}}: CS1 maint: url-status (link)
↑ ^4.0 ^4.1 CRC handbook of chemistry and physics : a ready-reference book of chemical and physical data. William M. Haynes (95th ed.). Boca Raton, Florida. 2014. ISBN 978-1-4822-0867-2. OCLC 882266963.{{cite book}}: CS1 maint: location missing publisher (link) CS1 maint: others (link)

बाहरी संबंध

[1] "The Nobel Prize in Physics 1926". NobelPrize.org (in English). Retrieved 2021-03-18.

[2] Piazza, Roberto; Buzzaccaro, Stefano; Secchi, Eleonora (2012-06-27). "The unbearable heaviness of colloids: facts, surprises, and puzzles in sedimentation". Journal of Physics: Condensed Matter (in English). 24 (28): 284109. doi:10.1088/0953-8984/24/28/284109. ISSN 0953-8984. PMID 22738878. S2CID 23309333.

[3] Batra, Kamal. "लीनियर लो डेंसिटी पॉलीथीन (एलएलडीपीई) फिल्मों में एडिटिव्स की भूमिका".{{cite web}}: CS1 maint: url-status (link)

[:0-4] 4.0 ^4.1 CRC handbook of chemistry and physics : a ready-reference book of chemical and physical data. William M. Haynes (95th ed.). Boca Raton, Florida. 2014. ISBN 978-1-4822-0867-2. OCLC 882266963.{{cite book}}: CS1 maint: location missing publisher (link) CS1 maint: others (link)

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[2]

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 यदि अवसादन की लंबाई व्यास से बहुत अधिक है <math>d</math> कोलाइडल कणों की (<math>l_g>>d</math>), कण इस व्यास से अधिक दूरी तक फैल सकते हैं, और पदार्थ एक निलंबन बना रहता है। हालाँकि, यदि अवसादन की लंबाई व्यास से कम है (<math>l_g<d</math>), कण केवल बहुत कम लंबाई तक फैल सकते हैं। वे गुरुत्वाकर्षण के प्रभाव में तलछट  में जमा हो जाएंगे और कंटेनर के निचले भाग में बैठ जाएंगे। पदार्थ को अब कोलाइडल निलंबन नहीं माना जा सकता है। यदि कोलाइडल कणों को फिर से निलंबित करने के लिए कार्रवाई की जाती है, जैसे कि कोलाइड को हिलाना, तो यह फिर से एक कोलाइडयन निलंबन बन सकता है।<ref>{{Cite journal|last1=Piazza|first1=Roberto|last2=Buzzaccaro|first2=Stefano|last3=Secchi|first3=Eleonora|date=2012-06-27|title=The unbearable heaviness of colloids: facts, surprises, and puzzles in sedimentation|url=https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0953-8984/24/28/284109|journal=Journal of Physics: Condensed Matter|language=en|volume=24|issue=28|pages=284109|doi=10.1088/0953-8984/24/28/284109|pmid=22738878 |s2cid=23309333 |issn=0953-8984}}</ref>
 ==== उदाहरण ====
-द्रव्यमान घनत्व में अंतर <math>\Delta\rho</math> द्रव्यमान घनत्व के कोलाइडल कणों के बीच <math>\rho_1</math> और द्रव्यमान घनत्व के निलंबन का माध्यम <math>\rho_2</math>, और कणों का व्यास, के मूल्य पर प्रभाव डालता है <math>l_g</math>. एक उदाहरण के रूप में, पानी में [[POLYETHYLENE]] कणों के कोलाइडल निलंबन पर विचार करें, और कणों के व्यास के लिए तीन अलग-अलग मान: 0.1 माइक्रोन, 1 माइक्रोन और 10 माइक्रोन। एक गोले के आयतन का उपयोग करके एक कोलाइडयन कणों की मात्रा की गणना की जा सकती है <math>V=\frac{4}{3}\pi R^3</math>.
+द्रव्यमान घनत्व में अंतर <math>\Delta\rho</math> द्रव्यमान घनत्व के कोलाइडल कणों के बीच <math>\rho_1</math> और द्रव्यमान घनत्व के निलंबन का माध्यम <math>\rho_2</math>, और कणों का व्यास, के मूल्य पर प्रभाव डालता है <math>l_g</math>. एक उदाहरण के रूप में, पानी में [[POLYETHYLENE|पोलीएथीलेने]]  कणों के कोलाइडल निलंबन पर विचार करें, और कणों के व्यास के लिए तीन अलग-अलग मान: 0.1 माइक्रोन, 1 माइक्रोन और 10 माइक्रोन। एक गोले के आयतन का उपयोग करके एक कोलाइडयन कणों की मात्रा की गणना की जा सकती है <math>V=\frac{4}{3}\pi R^3</math>.
 <math>\rho_1</math> पॉलीथीन का द्रव्यमान घनत्व है, जो लगभग औसतन 920 किग्रा/मी है<sup>3</उप> <ref>{{Cite web|last=Batra|first=Kamal|title=लीनियर लो डेंसिटी पॉलीथीन (एलएलडीपीई) फिल्मों में एडिटिव्स की भूमिका|url=https://www.slideshare.net/kamalbatra111/polyethylene-pe|url-status=live}}</ref> और <math>\rho_2</math> पानी का द्रव्यमान घनत्व है, जो लगभग 1000 किलोग्राम/मीटर है<sup>3</sup> कमरे के तापमान पर (293K)।<ref name=":0">{{Cite book|url=https://www.worldcat.org/oclc/882266963|title=CRC handbook of chemistry and physics : a ready-reference book of chemical and physical data.|date=2014|others=William M. Haynes|isbn=978-1-4822-0867-2|edition=95th|location=Boca Raton, Florida|oclc=882266963}}</ref> इसलिए <math>\Delta\rho=\rho_1-\rho_2</math> -80 किग्रा/मी है<sup>3</उप>।
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 == अल्ट्रासेंट्रीफ्यूज ==
-आधुनिक अनुप्रयोग अल्ट्रासेंट्रीफ्यूज#एनालिटिकल अल्ट्रासेंट्रीफ्यूज का उपयोग करते हैं। मापन के लिए सैद्धांतिक आधार [[मेसन-वीवर समीकरण]] से विकसित किया गया है। [[प्रोटीन]] के आणविक भार और उनके अंतःक्रियात्मक मिश्रण के लिए विश्लेषणात्मक अवसादन संतुलन विश्लेषण का उपयोग करने का लाभ एक [[घर्षण गुणांक]] की व्युत्पत्ति की आवश्यकता से बचाव है, अन्यथा गतिशील [[अवसादन वेग]] की व्याख्या के लिए आवश्यक है।
+आधुनिक अनुप्रयोग एनालिटिकल अल्ट्रासेंट्रीफ्यूज का उपयोग करते हैं। माप का  सैद्धांतिक आधार [[मेसन-वीवर समीकरण]] से विकसित किया गया है। [[प्रोटीन]] के आणविक भार और उनके अंतःक्रियात्मक मिश्रण के लिए विश्लेषणात्मक अवसादन संतुलन विश्लेषण का उपयोग करने का लाभ एक [[घर्षण गुणांक]] की व्युत्पत्ति की आवश्यकता से बचना है, अन्यथा गतिशील [[अवसादन वेग]] की व्याख्या के लिए आवश्यक है।
-आणविक द्रव्यमान को निर्धारित करने के लिए अवसादन संतुलन का उपयोग किया जा सकता है। यह समाधान में प्रोटीन जैसे आणविक द्रव्यमान को मापने के लिए एक विश्लेषणात्मक [[ultracentrifugation]] विधि का आधार बनाता है।
+आणविक द्रव्यमान को निर्धारित करने के लिए अवसादन संतुलन का उपयोग किया जा सकता है। यह समाधान में प्रोटीन जैसे आणविक द्रव्यमान को मापने के लिए एक विश्लेषणात्मक [[ultracentrifugation|अल्ट्रासेंट्रीफ्यूजेशन]] विधि का आधार बनाता है।
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