Принципы классификации дисперсных систем

Обратимся к вопросам классификации. Как и в любой отрасли знания, в коллоидной химии не может быть одного способа классификации, основанного всегда на том или ином единичном признаке. Многообразие свойств дисперсных систем требует совместного применения различных способов, подобно тому, как лишь совокупность проекций дает правильное представление о трехмерном теле.

Классификация по дисперсности

Размер частиц или пор позволяет подразделить дисперсные системы на. грубо-, средне- и высокодисперсные (см. стр. 1).

Частицы с размерами < 10^-9 м образуют молекулярные или ионные растворы, изучаемые в физической химии.

Грубодисперсные системы (например, взвеси в природных водах, суспензии, эмульсии) отличаются от высокодисперсных тем, что частицы дисперсной фазы оседают (или всплывают) в гравитационном поле, не проходят через бумажные фильтры и видимы в обычный микроскоп.

Частицы высокодисперсных систем проходят через обычные фильтры, но задерживаются ультрафильтрами (например, целлофан, пергамент), практически не оседают (не всплывают) и не видимы в оптический микроскоп.

Следует отметить, что система приобретает коллоидные свойства и в тех случаях, когда хотя бы одно из трех измерений находится в указанной области высокой дисперсности. Так, если 1 см³ вещества раскатать в тонкую пластинку толщиной 10^-8 м (10 нм), она приобретает коллоидные свойства, поскольку величины S₀ (200 м²/см³) и U^S становятся весьма значительными. Такие двумерно-протяженные системы представляют большой теоретический и практический интерес. К ним относятся не только изолированные пленки, но и поверхностные слои на границах фаз в порах катализаторов и поглотителей, в пенах и эмульсиях, в поверхностных пленках, в живых клетках и т. п. Свойства этих слоев, как и свободных пленок, отличаются от свойств разделяемых ими объемных фаз.

Еще более высокими становятся значения S₀ и U^S при вытягивании вещества в тонкую нить. Например, для нити квадратного сечения 10^-8·10^-8  м², полученной из 1 см³ вещества, S = 400 м². Такие одномерно-протяженные (фибриллярные) системы также являются предметом изучения коллоидной химии. К ним относятся природные и синтетические волокна, минералы типа асбеста, нервы, мышцы и другие объекты. Ограниченность классификации по дисперсности в этом случае заключается, прежде всего, в том, что размеры частиц в различных направлениях отличаются иногда на несколько порядков.

Классификация по агрегатному состоянию

В зависимости от агрегатного состояния все дисперсные системы можно разделить на 9 типов (табл. 1).

Сокращенно тип записывают обычно в виде дроби с индексом (первая буква названия состояния) дисперсной фазы в числителе, и с индексом дисперсионной среды в знаменателе.

Необходимое условие образования дисперсной системы — ограниченная растворимость вещества дисперсной фазы в дисперсионной среде. Так, системы Г/Г обычно не фигурируют в классификации вследствие неограниченной взаимной растворимости газов.

Флуктуации плотности в газообразной гомогенной среде, несмотря на короткое время жизни, представляют собой гетерогенные образования со свойствами дисперсной фазы. Дефекты решеток реальных кристаллов, достигающие коллоидных размеров, также являются дисперсной фазой, и коллоидно-химическая интерпретация поведения дефектов успешно проводится в современных работах по физике твердого тела. Чистые жидкости также не составляют исключения (ассоциаты, жидкие кристаллы). Следовательно, весьма трудно представить себе реальное тело, не обладающее признаками и свойствами дисперсной системы.

Таблица 1