5.3. Получение дисперсных систем
Дисперсные системы могут быть получены естественным путем (в природе) и или искусственно в результате различных процессов. Все способы искусственного получения дисперсных систем делят на две группы (рис. 61).
Первая основана на диспергировании, т.е. на получении мелких частиц дисперсной фазы из сплошного и крупного по размерам тела, вторая, наоборот, связана с укрупнением частиц молекулярного размера до размеров частиц дисперсной фазы и появлением границы раздела фаз.
1) Диспергирование может быть
самопроизвольным и несамопроизвольным.
Самопроизвольное диспергирование
характерно для лиофильных дисперсных
систем (растворы ВМС, частицы глин и
др.). Самопроизвольное диспергирование
лифобных дисперсных систем невозможно.
Для лиофобных дисперсных систем когезия
,
т.е. связи внутри тела в пределах одной
фазы, превышает адгезию
,
т.е. связи его с окружающей средой.
Поэтому диспергирование лиофобных
дисперсных систем требует затраты
определенного количества работы или
теплоты, которое определяется соотношением
работ когезии
и адгезии
.
В зависимости от агрегатного состояния дисперсной фазы диспергирование достигается измельчением, распыливанием или барботажем.
Получение в результате измельчения крупных частиц, порядка нескольких миллиметров или сантиметров, называют дроблением, а частиц размером от 1 до 1000 мкм, т.е. средне- и грубодисперсных систем – помолом.
Барботаж осуществляют подачей в жидкую среду газа или воздуха.
Кроме того, диспергирование проводят с помощью акустических, в том числе и ультразвуковых, и электрических установок. Действие ультразвукового поля основано на явлении кавитации. Электрические аппараты сообщают распыливаемой жидкости избыток электрических зарядов, что приводит к отталкиванию электрических зарядов и дроблению жидкости на капли.
Диспергирование
характеризуется степенью диспергирования
– отношением размеров исходного продукта
и частиц дисперсной фазы полученной
системы. Степень диспергирования может
быть линейная
,
поверхностная
и объемная
:
;
;
,
где
,
,
,
,
,
– соответственно
диаметр, площадь поверхности, объем
частиц до и после диспергирования.
Методами коллоидной химии можно значительно снизить затраты энергии, необходимые для диспергирования. К числу таких методов относится адсорбционное понижение прочности (см. п. Молекулярная адсорбция). Однако получение высокодисперсных систем измельчением требует большого расхода энергии, что практически не целесообразно. Поэтому высокодисперсные системы чаще получают методом конденсации.
2) К конденсационным методам получения дисперсных систем относятся конденсация, десублимация и кристаллизация. Они основаны на образовании новой фазы в условиях пересыщенного состояния вещества в газовой или жидкой среде. При этом система из гомогенной переходит в гетерогенную. Конденсация и десублимация характерны для газовых, а кристаллизация – для жидких сред.
Необходимым условием конденсации и кристаллизации является пересыщение и неравномерное распределение вещества в дисперсионной среде, а также образование центров конденсации или зародышей. Конденсация интенсифицируется при наличии в системе готовых центров конденсации (пыль, примеси и др.).
Образование дисперсных систем может происходить в результате физической и химической конденсации, а также при замене растворителя.
При физической конденсации для создания пересыщения раствор или газовую смесь охлаждают. Замена растворителя приводит к изменению свойств дисперсионной среды и способствует созданию пересыщения. При химической конденсации происходит образование вещества с одновременным его пересыщением и конденсацией.