68

1Основные понятия коллоидной химии; классификация, основные особенности, количественные характеристики дисперсных систем.

Коллоидная химия изучает свойства разнообразных систем (неорганических, органических, полимерных, белковых), в которых хотя бы одно из веществ находится в виде частиц размером примерно от 1 нм до 10 мкм. Частицы таких размеров называют дисперсными.

Главная особенность дисперсных частиц. Физические и химические свойства дисперсных частиц значительно отличаются от аналогичных свойств крупных (макроскопических) объектов для одного и того же вещества. К числу таких свойств относятся прочность, теплоемкость, температура плавления, магнитные и электрические характеристики, реакционная способность. Эти различия называют размерными (или масштабными) эффектами. Они выражены тем сильнее, чем меньше размер дисперсных частиц, и поэтому особенно характерны для частиц нанометровых размеров (наночастиц).

Количественные характеристики дисперсных систем:

1. Средний ( ), минимальный (d_min) и максимальный (d_max) размер дисп. частиц.

2. Концентрация частиц (ν, м^-3) – число дисперсных частиц (n_d) в единице объема дисперсионной среды (V): ν = n_d/V

3. Удельная поверхность дисперсной фазы (Ω_d, м²/кг) отношение суммарной площади поверхности (Ω_n) всех дисперсных частиц к их сумм. массе (m): Ω_d = Ω_n /m. Для дисп. частиц сферической и кубической формы, имеющих одинаковый размер (d), удельная поверхность дисп. фазы равна удельной поверхности одной частицы: Ω_d = 6/(ρ_dd), где ρ_d – плотность вещества дисперсной фазы. У всех дисперсных систем очень большая удельная поверхность – изменяется обратно пропорционально размеру частиц. Удельная поверхность наноразмерных частиц (d=1-10нм) составляет порядка 10² - 10³ м²/г.

4. Дисперсность (D) – отношение суммарной площади поверхности (Ω_n) всех дисперсных частиц к сумм. объему (V_n) дисперсной фазы: D = Ω_n/V_n. Дисперсность сферических или кубических частиц, имеющих одинаковый размер (d), D = 6/d.

5. Поверхностное натяжение (σ, Дж/м²) на границе дисп. частиц с дисперсионной средой – основной термодинамический параметр, характеризующий свойства поверхности раздела фаз; для жидкостей численно равно удельной свободной поверхностной энергии.

6. Количественной мерой продолжительности существования дисперсных систем с жидкой или газовой дисперсной фазой служит время жизни (τ) одной дисперсной частицы - капли в эмульсиях, тонкой жидкой пленки в пенах и газового пузырька в газовых эмульсиях. Также используют другую характеристику времени жизни дисперсных систем – период полураспада (τ_1/2).

Классификация дисперсных систем.

Признак классификации	Название системы
Размер частиц 1-10 нм 10нм-1мкм 1-100 мкм	Ультрадисперсная Высокодисперсная Грубодисперсная
Фракционный состав частиц дисп. фазы Частицы одинакового размера Частицы разного размера	Монодисперсная Полидиспрсная
Концентрация частиц дисперсной фазы Малая Большая	Свободнодисперсная или связнодисперсная То же самое
Характер взаимодействия дисп. частиц с дисперсион. ср. Слабое Сильное	Лиофобная Лиофильная
Характер распределения фаз Сплошное Сетка тонких прослоек	Континуальная Биконтинуальная

Классификация дисп. систем по агрегатному состоянию дисп. фазы и дисперсион. среды

Агрегатное состояние		Название системы
дисперсионной среды	дисперсной фазы
Газ	Твердая фаза	Аэрозоль (дым)
Газ	Жидкость	Аэрозоль (туман)
Жидкость	Твердая фаза	Золи (коллоидные р-ры) d <0,1 мкм. Суспензии d > 1 мкм Гели – биконтинуальные системы
Жидкость	Жидкость	Эмульсии
Жидкость	Газ	Газовые эмульсии (свободнодисп. системы) Пены (связнодисперсные системы)
Тв. фаза	Тв. фаза	Композитные материалы
Тв. фаза	Жидкость	Пористые среды
Тв. фаза	Газ	Пористые среды и материалы. Мембраны