1.6. Природные неорганические полимеры

Они составляют основу земной коры, толщина которой достигает 15 км (литосфера). Основной горной породой являются базальты. В состав базальтов входит в основном оксид кремния SiO₂ и в меньшей мере из оксидов железа FeO и алюминия Al₂O₃. Оксид кремния – типичный кристаллический полимер.

2. Коллоидные растворы

2.1 Дисперсные системы

Дисперсными называются системы, состоящие из вещества, раздробленного до частиц большей или меньшей величины и распределенного в другом веществе. Измельченное (раздробленное) вещество называют дисперсной фазой. Вещество, в котором распределена дисперсная фаза, называют дисперсионной средой.

Термин «диспергирование» означает раздробление, измельчение. Для характеристики дисперсных систем вводят понятие степени дисперсности, т.е. степени раздробленности вещества дисперсной фазы. Степень дисперсности D представляет собой величину, обратную размеру частиц:

D =1/ а см^-1

Из (1) следует, что чем больше степень дисперсности, тем меньше размер частиц, и наоборот.

Дисперсные системы характеризуются также величиной удельной поверхности системы, которая равна отношению общей поверхности частиц к общему объёму вещества, подвергнутого дроблению:

S_уд=S/V ,

где S_уд – удельная поверхность, S- общая поверхность частиц, т.е. поверхность раздела между фазами; V – объём вещества дисперсной фазы. D и S_уд взаимосвязаны. Н-р, чем меньше размер частиц, тем больше степень дисперсности, тем больше их удельная поверхность.

По степени дисперсности все дисперсные системы делятся на три группы: грубодисперсные, молекулярно- и ионнодисперсные, коллоиднодисперсные.

Грубодисперсные системы. Размер частиц дисперсной фазы этих систем колеблется в пределах 10^-3 – 10^-5 см. Вещество дисперсионной среды состоит из молекул, размер которых равен 10^-8 см. Следовательно, в таких системах имеется граница раздела между дисперсной фазой и средой, т.е. они гетерогенны. Примерами таких систем являются суспензии, эмульсии и пены.

Суспензии представляют собой гетерогенные системы, в которых частицы твердой фазы распределены в жидкой дисперсионной среде (н-р, взвесь крахмала в холодной воде, напитки кофе и какао, известковый и цементный растворы).

Эмульсии образуются двумя несмешивающимися жидкостями. Обычно одной из фаз является вода. Примерами могут служить молоко, майонез, эмульсия бензола в воде.

Пены также относятся к дисперсным системам. Они состоят из ячеек, заполненных газом и отделенных друг от друга пленками очень малой толщины (жидкими или твердыми). Н-р, к жидким пенам относятся мыльная пена, муссы и др., к твердым – пемза, пенопласты и т.д.

Характерным признаком всех грубодисперсных систем является то, что частицы фазы в них видны в обычный микроскоп или даже невооруженным глазом. Они могут задерживаться бумажным фильтром. Из-за больших размеров частиц системы неустойчивы и со временем дисперсная фаза отделяется от дисперсионной среды.

Коллоиднодисперсные системы (коллоидные растворы). Размер частиц дисперсной фазы составляет 10^-5 - 10^-7 см, а размер частиц среды 10-8 см. степень дисперсности в коллоидах значительно выше, чем в грубодисперсных системах, поэтому такие растворы можно рассматривать как микрогетерогенные системы с высокой дисперсностью и очень большой поверхностью раздела. Коллоидные частицы не оседают под действием силы тяжести, но задерживаются пора ультрафильтра; они не видны в обычный микроскоп, но наблюдаются в электронном микроскопе. Коллоидные растворы обычно называют золями (если дисперсионной среда является вода- гидрозоли, если воздух – аэрозоли).

Молекулярно- и ионнодисперсные системы (истинные растворы). В истинных растворах частицы достигают предела дисперсности и имеют размер 10^-8 см, т.е. равный размерам молекул и ионов. В таких системах гетерогенность исчезает системы становятся гомогенными (однофазными), образуются истинные растворы. К ним относятся истинные растворы низкомолекулярных веществ – неэлектролитов (водные растворы сахара, спирта, ит.д.), а также дисперсные системы, в которых растворённое вещество находится в виде отдельных гидратированных ионов, - водные растворы сильных электролитов (NaCl, Na₂CO₃, HCl, H₂SO₄ и др.). Слабые электролиты (CН₃СООН, NН₄ОН и др.) представлены в водных растворах одновременно и молекулами и ионами.

Из характеристики дисперсных систем видно, что коллоидные растворы по величине частиц дисперсной фазы являются промежуточной областью между грубодисперсными и истинными растворами.

Кроме классификации дисперсных систем по величине частиц дисперсной фазы их классифицируют по агрегатному состоянию дисперсной фазы и дисперсионной среды. Согласно классификации Оствальда возможны восемь разновидностей дисперсионных систем (табл.1).

Таблица 1