1.2. Классификация дисперсных систем

1) Классификация по агрегатному состоянию ДФ и ДСр

Сочетание трех видов агрегатного состояния ДФ и ДСр (твердое (Т), жидкое (Ж) и газообразное (Г)), позволяет выделить девять видов ДС. Для краткости их условно обозначают дробью, числитель которой указывает на агрегатное состояние ДФ, а знаменатель – ДСр (см. табл. 1).

Таблица 1

Классификация ДС по агрегатному состоянию ДФ и ДСр (по Фрейндлиху)

Общее название	ДФ	ДСр	ДС	Название и примеры
Аэрозоли	Г1	Г2	Г1/Г2	ДС не образуется, однако возникают неоднородности за счет флуктуации плотности (атмосфера Земли)
	Ж	Г	Ж/Г	Аэрозоли (туманы, в том числе и промышленные, аэрозольные дезодоранты, облака)
	Т	Г	Т/Г	Аэрозоли (пыли, дымы (табачный дым)), порошки
Лиозоли	Г	Ж	Г/Ж	Газ. эмульсии (газ. вода, пиво, игристые вина), пены (противопожарная, пивная, мыльная)
	Ж1	Ж2	Ж1/Ж2	Эмульсии (молоко, майонез, кремы, природная нефть)
	Т	Ж	Т/Ж	Суспензии (взвеси) и золи (пульпа, ил, золи металлов, естественные водоемы), гели, пасты
Ксерозоли	Г	Т	Г/Т	Тв. пены (сыр, хлеб), пористые и капиллярные системы (пенопласты, туфы, пенобетоны, адсорбенты и катализаторы в газах, пемза, силикагель, активные угли)
	Ж	Т	Ж/Т	Тв. эмульсии (масло), пористые тела и капиллярные системы (клетки животных и растений, жидкость в пористых телах, адсорбенты в растворах, почвы, влажные грунты)
	Т1	Т2	Т1/Т2	Тв. золи, горные породы (драг. камни, минералы), сплавы (чугун, сталь), строит. материалы (асфальт, бетон, цемент)

В общем случае все ВДС называют золями (нем. Sole от лат. solutio (солушио) – раствор). К слову золь добавляют приставку, характеризующую ДСр. Если ДСр твердая – ксерозоли, жидкая – лиозоли (гидрозоли), газ – аэрозоли.

Помимо простых существуют и сложные ДС, которые состоят из трех и более фаз. Например, тесто после замеса представляет собой сложную ДС, состоящую из твердой (зерна крахмала, частички оболочек зерна), жидкой (жир, вносимый в тесто) и газообразной (пузырьки воздуха и продуктов процесса брожения) ДФ, т.е. систему типа Т, Ж, Г /Т. Аэрозоли, в которых присутствуют твердые и жидкие частицы ДФ, т.е. системы типа Т, Ж /Г, называют смогами.

2) Классификация по кинетическим (структурно-механическим) свойствам

Различают свободнодисперсные и связнодисперсные системы, а также разбавленные и концентрированные.

а) свободнодисперсные системы – это системы, в которых частицы ДФ обособлены и свободно перемещаются по всему объему системы. Это лиозоли (разбавленные суспензии и эмульсии), аэрозоли, практически все сыпучие порошки и др.

б) связнодисперсные – это системы, в которых частицы ДФ связаны между собой и не могут свободно передвигаться в сплошной среде. В таких системах возникновение межмолекулярных связей между фазой и средой приводит к образованию структурированных систем. В разбавленных связнодисперсных системах частицы ДФ образуют сплошную пространственную сетку (дисперсную структуру) – возникают гели и студни. Концентрированные связнодисперсные системы это пасты, пены, кремы. Связнодисперсные системы, в отличие от свободнодисперсных, обладают новыми качествами: прочностью, упругостью, пластичностью.

Связнодисперсными являются практически все пищевые системы, которые могут быть в виде полупродуктов (тесто, мясной фарш) или готовых продуктов питания (творог, сливочное масло, халва, мармелад, плавленый сыр, дрожжи и т.д.).

3) Классификация по степени дисперсности

Свободно– и связнодисперсные системы имеют существенные различия в классификации по степени дисперсности.

а) Свободнодисперсные системы в зависимости от размеров частиц ДФ подразделяют на высокодисперсные (ВДС) (в том числе и коллоидно-дисперсные системы (КДС) (или коллоидные растворы)), среднедисперсные (СДС) и грубодисперсные системы (ГДС) (табл. 2). КХ изучает в основном ВДС.

Таблица 2

Классификация ДС по степени дисперсности

Класс ДС	Размер частиц,	Дисперсность,	Примеры
Растворы ВМС и коллоидных ПАВ ВДС (в т.ч. КДС) (ультрамикрогетерогенные или наносистемы)			Раствор желатина
			Гидрозоли
СДС (микрогетерогенные)			Растворимый кофе, сахарная пудра
ГДС			Крупы

Частицы с размерами образуют истинные молекулярные или ионные растворы (раствор сахарозы в воде).

Особое место среди ДС занимают растворы ВМС и коллоидных поверхностно-активных веществ (ПАВ). Из двух признаков ДС, гетерогенность и дисперсность, они обладают только одним – дисперсностью. Некоторые свойства растворов ВМС и коллоидных ПАВ (оптические, молекулярно-кинетические, электрокинетические, структурные) аналогичны или близки к свойствам коллоидных растворов, что позволяет рассматривать их в качестве объектов КХ.

б) Связнодисперсные системы, точнее, пористые тела классифицируют (табл. 3).

Таблица 3

Название ДС	Размер пор частиц, нм
	По Дубинину М.М.	По рекомендации ИЮПАК*
микропористые	менее 2
мезопористые (переходнопористые)	2 – 200	2 – 50
макропористые	более 200	Свыше 50
*ИЮПАК (IUPAC) – пер. с англ. Международный союз теоретической и прикладной химии

Связнодисперсные системы типа Т/Т удобнее подразделять по степени дисперсности так же как и свободнодисперсные системы.

4) Классификация по природе устойчивости и характеру взаимодействия ДФ и ДСр

По классификации П.А. Ребиндера ДС разделяют на лиофильные и лиофобные.

а) Лиофильные (от греч. лио – жидкость, филио – любить) системы характеризуются высокой степенью сродства ДФ и ДСр, малой интенсивностью поверхностных сил на границе раздела фаз (т.е. низкими значениями межфазного поверхностного натяжения). Системы образуются самопроизвольно путем дробления более крупных частиц ДФ. Они термодинамически устойчивы, что означает постоянство концентрации и размеров частиц (отсутствие как агрегации, так и дальнейшего дробления до молекулярных размеров), которое зависит только от состава и условий существования системы. Если в качестве ДСр выступает вода – системы называют гидрофильными.

К лиофильным относятся преимущественно ВДС из агрегированных в растворах ВМС (пектина, агароида, крахмала), а также растворимых белковых веществ, микроэмульсии, растворы коллоидных ПАВ.

б) Большинство ДС термодинамически неустойчивы и называются лиофобными (гидрофобными) (от греч. фобио – ненавидеть). Неустойчивость лиофобных ДС вызвана избытком поверхностной энергии, что связано с увеличением энергии Гиббса ДС ( ). Для лиофобных ДС характерно слабое межфазное (ДФ – ДСр) взаимодействие и большая интенсивность поверхностных сил (высокие значения поверхностного натяжения). Для их образования необходимы определенные условия и воздействие извне.

Большинство ДС пищевых производств относятся к лиофобным.

Лекция 2