Дисперсные системы

Дисперсными называются двух- или многофазные системы, в которых по крайней мере одна из фаз находится в сильно раздробленном, измельченном состоянии. Как правило, дисперсные системы (рис.1) состоят из сплошной, непрерывной фазы – дисперсионной среды 1, в которой распределены частицы дисперсной фазы 2. К дисперсным системам относятся эмульсии, золи, аэрозоли, гели, суспензии, пасты, пены. Дисперсными системами являются облака, почва, горные породы, речные и океанические воды, нефть, молоко, а также продуты, создаваемые человеком: строительные и композитные материалы, пенопласты и пенобетоны, краски, продукты пищевой, косметической и фармацевтической промышленности.

Рис.1. Дисперсная система

Размер частиц дисперсной фазы колеблется примерно от 1 нм до 100 мкм. Высокодисперсными являются системы с размером частиц менее 1 мкм, системы с частицами большего размера называют грубодисперсными. Системы с размером частиц до 1 до 10 нм называются ультрамикрогетерогенными коллоидными системами или наносистемами. Классификация дисперсных систем по размерам частиц вызвана тем, что физически и химические свойства малых частиц значительно отличаются от свойств более крупных объектов. К числу таких свойств относятся прочность, теплоемкость, температура плавления, магнитные и электрические характеристики, реакционная способность. Количественными характеристиками дисперсности также служат удельная поверхность (отношение поверхности частиц к их массе) и дисперсность (отношение поверхности частиц к их объему).

Микрогетерогенность – основной признак дисперсной системы, причем как дисперсная фаза, так и дисперсионная среда могут находиться в твердом, жидком и газообразном состоянии. Классификацию дисперсных систем по агрегатному состоянию фаз иллюстрирует таблица. В первой строке указано агрегатное состояние дисперсной фазы, а в первом столбце – дисперсионной среды. Соответственно, в ячейках таблицы даны примеры и некоторые специфические названия дисперсных систем.

Еще один способ классификации дисперсных систем – по степени связности частиц дисперсной фазы. В свободнодисперсных системах частицы представляют собой кинетически независимые единицы и движутся независимо друг от друга (рис.2а), в связнодисперсных системах частицы соединены друг с другом силами различной природы (рис.2б). К свободнодисперсным системам относятся золи, к связнодисперсным – гели.

Рис.2. Свободнодисперсные (а) и связнодисперсные (б) системы

По устойчивости дисперсных систем различают термодинамически устойчивые (лиофильные) системы и термодинамически неустойчивые (лиофобные). Лиофильные системы отличаются малым значением межфазного натяжения (ниже 10^-2 мДж/м²), сходной химической природой дисперсной фазы и дисперсионной среды, в результате чего они образуются самопроизвольно. К термодинамически устойчивым системам относятся микроэмульсии, мицеллярные растворы. Термодинамически неустойчивые системы состоят из неродственных фаз, имеют высокое значение межфазного натяжения на границе частиц со средой и для их образования надо затратить определенную работу. Типичными представителями таких систем являются пены, аэрозоли, золи, суспензии.

Рекомендованная литература

Щукин Е.Д., Перцов А.В., Амелина Е.А. Коллоидная химия. 4-е изд. – М.: Высш. шк. 2006.

Адамсон А. Физическая химия поверхностей. – М.: Издательство «Мир». 1979.