Свойства дисперсных систем

Гетерогенные дисперсные системы имеют очень большую суммарную поверхность дисперсной фазы и, следовательно, большую избыточную поверхностную энергию ΔG = σ · s. Все самопроизвольные процессы происходят в направлении уменьшения энергии, что приводит при постоянной величине удельной поверхностной энергии к уменьшению границы раздела фаз, уменьшению дисперсности, т.е. к укрупнению частиц и разрушению дисперсной системы. Вследствие этого ГДС принципиально термодинамически неустойчивы.

Поведение дисперсных систем при облучении их световым потоком (оптические свойства) зависит от соотношения размеров частиц дисперсной фазы и длины волны света. Свет отражается и преломляется грубодисперсными и микрогетнрогенными системами, а истинными и особенно коллоидными растворами − рассеивается. Качественной особенностью коллоидных систем является образование так называемого эффекта Тиндаля (рис. 3.22), который можно наблюдать в темноте при прохождении луча света через запылённое или задымлённое помещение.

Рис. 3.22 ─ Схема обнаружения эффекта Тиндаля в коллоидной системе

Молекулярно-кинетические свойства дисперсных систем: броуновское движение, диффузия и седиментация.

Броуновское движение присуще коллоидно- и микроскопически дисперсным частицам и возникает вследствие теплового, хаотичного движения частиц дисперсионной среды. Наблюдения за броуновским движением используется для определения размеров дисперсных частиц. Скорость диффузии зависит от температуры и вязкости среды, а также величины и формы частиц.

Седиментацией называют свободное оседание частиц в вязкой среде под действием гравитационного поля и проявляется она только для достаточно крупных частиц. Истинные и коллоидные растворы седиментационно устойчивы, а суспензии − неустойчивы. Седиментационный анализ определения фракционного состава применяют для грубодисперсных и микрогетергенных систем.

Коллоидным системам присущи электрические свойства. При пропускании постоянного тока через золь глины наблюдается движение частиц дисперсной фазы к положительно заряженному электроду, что свидетельствует об отрицательном заряде коллоидных частиц глины. Явление движения частиц дисперсной фазы к одному из электродов в поле постоянного тока называется электрофорезом, который присущ всем гетерогенным дисперсным системам.

Перемещение дисперсионной среды относительно неподвижной дисперсной фазы к электроду под действием внешней разности потенциалов называется электроосмосом (рис. 3.23).

Электрофорез используется для очистки дымовых газов (аэрозолей) электростанций, металлургических предприятий при очень высоких напряжениях поля.

На явлении диализа основано отделение коллоидных частиц от ионов и молекул через мембрану, которая не пропускает частицы коллоидной степени дисперсности.

Рис. 3.23 ─ Схема электрофореза, электроосмоса и диализа

Факторы устойчивости гетерогенных дисперсных систем

Особенности состояния вещества на границе раздела фаз приводят к принципиальной неустойчивости гетерогенных дисперсных систем.

Реальное наличие ГДС говорит о действии определённых факторов устойчивости. Можно выделить четыре фактора устойчивости:

· кинетический;

· молекулярно-адсорбционный;

· электрический;

· структурно-механический.

Чаще всего действуют различные факторы, однако, один из них является превалирующим. Это, в первую очередь, зависит от характера гетерогенно дисперсной системы.

Кинетический фактор устойчивости действует в тех системах, где размеры частиц имеют такую малую величину, что подвержены броуновскому движению, например в золях (рис. 3.24).

Действие молекулярно-адсорбционного фактора связано с тем, что вокруг частиц дисперсной фазы за счет адсорбции создается защитный слой из высокомолекулярного соединения (ВМС) или ПАВ, препятствующий укрупнению частиц дисперсной фазы, которое могло бы привести к разрушению дисперсной системы. Молекулы ВМС и ПАВ выполняют роль стабилизатора.

Поверхностно-активные вещества снижают поверхностное натяжение и уменьшают избыточную поверхностную энергию Е=  × S, т.е. создают условия для стабилизации дисперсных систем, т.к. площадь поверхности остаётся постоянной и выполняется условие агрегативной устойчивости.

Помимо того, ПАВ создают пленку на поверхности частиц дисперсной фазы, предотвращая укруенение их, обеспечивая таким образом агрегативную устойчивость ГДС. На рис.3.24 показана стабилизация поверхностно-активным веществом эмульсий типа «масло в воде» и «вода в масле».

Рис. 3.24 ─ Схема кинетического и молекулярно-адсорбционного фактора

устойчивости гетерогенных дисперсных систем