Свойства дисперсных систем

Дисперсными называют такие системы, в которых одно или несколько веществ в виде мелких частиц распределены в другом веществе.

При этом распределяемое вещество принято называть дисперсной фазой, а вещество, в котором происходит распределение, – дисперсионной средой.

Дисперсионная среда и дисперсная фаза могут быть в различных агрегатных состояниях.

Дисперсные системы можно классифицировать по степени их дисперсности и устойчивости (табл. 1), а также по агрегатному состоянию фаз, так как и дисперси­онная среда, и дисперсная фаза могут быть газообразными, жидкими или твёрдыми (табл. 2).

Таблица 1

Классификация дисперсных систем и растворов

Дисперсные системы	Размеры частиц дисперсной фазы	Свойства системы
Грубодисперсные (суспензии, взвеси)	d ≥10–5м (≥ 10 мкм)	Неустойчивы
Микрогетерогенные (суспензии, эмульсии)	10–7– 10–5м (0,1 – 10 мкм)	Неустойчивы
Тонкодисперсные или лиозоли (коллоидные растворы)	10–9 ≤ d ≤ 10–7 м (1 – 100 нм)	Устойчивы, микрогетерогенны
Молекулярно-дисперсные, истинно-дисперсные (истинные растворы)	10–10 ≤ d ≤ 10–9 м (0,1 – 1 нм)	Устойчивы, гомогенны

Г. Фрейндлих предложил называть системы со слабым взаи­модействием между дисперсной фазой и дисперсионной средой лиофобными коллоидами (золями), с сильным взаимодействи­ем – лиофильными. Если дисперсионной средой является вода, то системы называются соответственно гидрофобными и гидрофильными. Ещё в начале XX в. было обнаружено, что лиофобные кол­лоиды являются необратимыми (после удаления дисперсионной среды они самопроизвольно не способны диспергироваться и давать золь), а лиофильные – обратимыми системами (способны самопроизвольно растворяться). Если в коллоидной системе существуют устойчивые связи между частицами дисперсной фазы, то такие системы называют связаннодисперсными (гели), в случае отсутствия связей – свободнодисперсными (коллоидные растворы).

Аэрозолями (от греч. аеr – воздух и лат. solutio – раствор) называют дисперсные системы с газообразной дисперсионной средой. В зависимости от агрегатного состояния различают: туманы – аэрозоли с жидкой дисперсной фазой; дымы, пыли – аэрозоли с твёрдой дисперсной фазой; смоги (от англ. smoke – дым, fog – туман) – аэрозоли со смешанной дисперсной фазой.

Размеры частиц дисперсной фазы аэрозолей в соответствии с классификацией дисперсных систем колеблются в пределах от 10^–7 до 10^–9 м. Но очень часто к аэрозолям относят и более грубодисперсные системы с размерами частиц от 10^–4 до 10^–6 м, которые более правильно следовало бы называть аэроэмульсиями и аэросуспензиями.

Таблица 2

Типы дисперсных систем

Агрегатное состояние		Типы дисперсных систем	Примеры
дисперсионной среды	дисперсной фазы
Газ	Жидкость	Аэрозоли	Облака, туман, попутный газ с капельками нефти, карбюраторная смесь в двигателях внутреннего сгорания (капельки бензина в воздухе)
	Твёрдая		Дым, пыль в воздухе, смог, самумы (песчаные и пыльные бури)
Жидкость	Газ	Газовые эмульсии, пены	Взбитые сливки, мыльная пена, газированные напитки
	Жидкость	Эмульсии	Молоко, сливочное масло, маргарин, кремы, майонез, жидкие среды организма (плазма крови, лимфа, пищеварительные соки), жидкое содержимое клеток (цитоплазма, кариоплазма)
	Твёрдая	Золи, лиозоли, суспензии	Краски, речной и морской ил, взвешенные в воде строительные растворы, пасты (кисели, студни, клеи, агар-агар)
Твёрдая	Газ	Твёрдые пены	Снежный наст с пузырьками воздуха в нём, почва, текстильные ткани, кирпич, пенобетон (пенопласт, пемза), керамика, полиуретан, поролон, пористый шоколад, порошки, хлеб
	Жидкость	Твёрдые эмульсии, гели	Желе, желатин, косметические и медицинские средства (мази, тушь, помада), влажная почва, вода в парафине, жемчуг, цеолиты, минералы с жидкими включениями (галит)
	Твёрдая	Твёрдые золи	Горные породы, цветные стёкла, драгоценные камни, некоторые сплавы металлов, золь золота в стекле

Суспензиями (от лат. suspensio – подвешивание) называют микрогетерогенные системы с жидкой дисперсионной средой и дисперсной фазой, состоящей из твёрдых частиц. Размеры частиц дисперсной фазы суспензий находятся в пределах от 10^–4 до 10^–6 м. Суспензии получают конденсационным и диспергационным методами. В зависимости от концентрации дисперсной фазы различают разбавленные и концентрированные суспензии – пасты. Из-за больших размеров частиц дисперсной фазы броуновское движение, диффузия и осмотическое давление у суспензий практически отсутствуют. На границе раздела фаз возможно образование двойного электрического слоя. Суспензии – кинетически неустойчивые системы: частицы дисперсной фазы оседают под действием собственной силы тяжести.

Эмульсиями (от лат. emulgeo – выдаиваю) называют микрогетерогенные системы, у которых дисперсная фаза и дисперсионная среда представляют собой несмешивающиеся жидкости. Размеры частиц находятся в пределах от дисперсной фазы 10^–4 до 10^–6 м.

Коллоидные растворы – это гетерогенные системы, состоящие из двух и более фаз. Одна фаза представляет собой растворитель (дисперсионная среда), а другая или другие фазы состоят из мелких частиц размером 1-100 нм, которые равномерно распределены в растворителе, представляя дисперсную фазу.

Коллоидные растворы часто называют золями (лиозолями). Золь – тонкодисперсная система с жидкой дисперсионной средой. Застывший золь, превратившийся полностью в довольно плотную студнеобразную массу, называют гелем, который обладает некоторыми свойствами твёрдых тел (способностью сохранять форму, прочность, упругость).