Специфические особенности высокодисперсных систем

К специфическим особенностям высокодисперсных систем относятся:

Избыточная поверхностная энергия (G^S ). При увеличении дисперсности резко увеличивается удельная поверхность дисперсной фазы, то есть большая часть всех молекул или атомов, составляющих вещество, находится на поверхности раздела фаз. Эти поверхностные молекулы отличаются от молекул, находящихся внутри фазы по своему энергетическому состоянию, так как находятся в несимметричном силовом поле, что приводит к возникновению избыточной поверхностной энергии. Существование избыточной поверхностной энергии обуславливает все многообразие высокодисперсных систем. Избыточную поверхностную энергию можно вычислить:

, (8.2)

где σ – поверхностное натяжение; S – площадь межфазной поверхности.

Термодинамическая неустойчивость. Избыток свободной поверхностной энергии делает типичные высокодисперсные системы термодинамическими неустойчивыми. Для них характерны самопроизвольные процессы, снижающие этот избыток путем уменьшения дисперсности. При этом система, оставаясь неизменной по химическому составу, изменяет энергетические характеристики и, следовательно, коллоидно-химические свойства.

Невоспроизводимость (индивидуальность). Поверхность реальной частицы твердого тела состоит из выступов, впадин, участков различной кривизны с различными значениями поверхностной энергии G^S. Поэтому две системы одного и того же состава с одинаковой удельной поверхностью могут быть энергетически неравноценны.

Структурообразование. Любая система стремится к образованию ориентированных структур, чтобы быть термодинамической устойчивой.

Классификации дисперсных систем

В современной коллоидной химии отсутствует единая классификация дисперсных систем. Причина этого заключается в том, что любая предложенная классификация принимает в качестве критерия не все свойства дисперсной системы, а только какое-нибудь из них. Рассмотрим наиболее распространенные классификации дисперсных систем.

1. Классификация по размерам частиц дисперсной фазы

• грубодисперсные (размер частиц > 10^-5 м) – частицы видны в обычный микроскоп, оседают под действием силы тяжести, не проходят через бумажные фильтры;

• среднедисперсные или микрогетерогенные (размер частиц 10^-5 – 10^-6 м);

• высокодисперсные или коллоидные (размер частиц 10^-7 – 10^-9 м).

Таким образом, понятие дисперсных систем гораздо шире, чем коллоидных систем.

С другой стороны одна дисперсная система может содержать в своем составе частицы разных размеров, т.е. может быть полидисперсной. Реальные системы, как правило, полидисперсны.

2. Классификация по агрегатному состоянию дисперсной фазы и дисперсионной среды.

Наиболее общая классификация дисперсных систем основана на различии в агрегатном состоянии дисперсной фазы (ДФ) и дисперсионной среды (ДС). Сочетание трех агрегатных состояний дисперсной фазы и дисперсионной среды позволяет выделить девять типов дисперсных систем. Для краткости их обозначают дробью, в числителе которой указывается агрегатное состояние дисперсной фазы, а в знаменателе – дисперсионной среды: ДФ/ДС.

Таблица 8.1

Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию

ДФ	ДС	Обозна-чение	Примеры
Твердая	Газообразная	Т/Г	Пыль, дым, смог
	Жидкая	Т/Ж	Золи (золи металлов в воде, взвеси в природных водах), суспензии
	Твердая	Т/Т	Твердые коллоидные растворы (бетон, сплавы, цветные стекла, минералы, самоцветы)
Жидкая	Газообразная	Ж/Г	Аэрозоли (туман, облака)
	Жидкая	Ж/Ж	Эмульсии (молоко, сырая нефть, крема)
	Твердая	Ж/Т	Жидкость в пористых телах (адсорбенты, почвы)
Газообразная	Газообразная	Г/Г	Системы с флуктуациями плотности (атмосфера Земли)
	Жидкая	Г/Ж	Газовые эмульсии, пены
	Твердая	Г/Т	Пористые и капиллярные тела (адсорбенты, катализаторы, пемза, активированный уголь)

В общем случае высокодисперсные системы называют золями (гидрозолями, органозолями, лиозолями, аэрозолями – по характеру дисперсионной среды), грубодисперсные системы типа Т/Ж называют суспензиями, типа Ж/Ж – эмульсиями.