Глава XIII. Дисперсные системы

§1. Классификация дисперсных систем

Дисперсные системы, рассматриваемые в коллоидной химии, гетерогенны, поэтому состоят как минимум из двух фаз. Одна из них является сплошной и называется дисперсионной средой. Другая фаза раздроблена и распределена в первой; ее называют дисперсной фазой.

Наиболее общая классификация дисперсных систем основана на определении агрегатного состояния дисперсной фазы и дисперсионной среды. Сочетания трех агрегатных состояний (твердое, жидкое и газообразное) позволяют выделить девять типов дисперсных систем (табл.7). Для краткости их условно обозначают дробью, числитель которой указывает на агрегатное состояние дисперсной фазы, а знаменатель - дисперсионной среды, например обозначение Т/Ж показывает, что система состоит из твердой дисперсной фазы и жидкой дисперсионной среды (твердое в жидкости).

Таблица 7. Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию фаз

Дисперсионная среда	Дисперсная фаза	Условное обозначение системы	Название системы и примеры
Твердая	Твердая	Т/Т	Твердые гетерогенные системы: минералы, сплавы, ситаллы, бетон, композиционные материалы
	Жидкая	Ж/Т	Капиллярные системы: жидкость в пористых телах, адсорбентах; влажные почвы, грунты
	Газообразная	Г/Т	Пористые тела: адсорбенты и катализаторы
Жидкая	Твердая	Т/Ж	Суспензии и золи: промышленные суспензии, пульпы, взвеси, пасты, илы
	Жидкая	Ж/Ж	Эмульсии: природная нефть, кремы, молоко
	Газообразная	Г/Ж	Газовые эмульсии и пены
Газообразная	Твердая	Т/Г	Аэрозоли: пыли, дымы. Порошки
	Жидкая	Ж/Г	Аэрозоли: туманы, в том числе промышленные облака
	Газообразная	Г/Г	Коллоидная система не образуется

Одно из девяти сочетаний Г/Г не может соответствовать коллоидной системе, так как газы в обычных условиях при любых концентрациях дают истинные растворы (при очень высоких давлениях некоторые газовые системы образуют гетерогенные системы). Однако газовые смеси могут проявлять отдельные свойства гетерогенно-дисперсных систем благодаря непрерывным флуктуациям плотности и концентрации, вызывающим неоднородности в системе. Рассматривая жидкие растворы с молекулярной степенью дисперсности, к гетерогенно-дисперсным системам можно отнести растворы полимеров. Размеры макромолекул могут превышать размеры обычных коллоидных частиц. Эти системы обладают многими свойствами, характерными для типичных гетерогенно-дисперсных систем. Они как бы связывают в единое целое все дисперсные системы и указывают на непрерывность перехода от истинных молекулярных растворов к гетерогенным дисперсным системам.

Все дисперсные системы также можно разделить на два класса по кинетическим свойствам дисперсной фазы: свободнодисперсные системы, в которых дисперсная фаза подвижна, и связнодисперсные системы - системы с твердообразной дисперсионной средой, в которой частицы дисперсной фазы не могут свободно перемещаться.

И еще эти системы классифицируют по степени дисперсности. Свободнодисперсные системы подразделяют на ультрамикрогетерогенные, размер частиц которых лежит в пределах от 10^-9 до 10^-7 м (от 1 до 100 нм), микрогетерогенные с размером частиц от 10^-7 до 10^-5 м (от 0,1 до 10 мкм) и грубодисперсные с частицами, размеры которых превышают 10^-5 м.

Ультрамикрогетерогенные системы часто называют истинно коллоидными или просто коллоидными, так как раньше только такие системы считались объектом коллоидной химии. Такие частицы обладают определенным агрегатным состоянием.

С ростом числа молекул в частице она постепенно приобретает все свойства фазы. В современной литературе малоконцентрированные свободнодисперсные ультрамикрогетерогенные системы чаще называют «золями» (нем. Sole от лат. solutio - раствор). Среди них различают аэрозоли - золи с газообразной дисперсионной средой; лиозоли - золи с жидкой дисперсионной средой (греч. lios - жидкость). В зависимости от природы среды лиозоли называют гидрозолями (вода), органозолями (органическая среда) или, более конкретно, алкозолями (спирты) и т. д.

Cвязнодисперсные (структурированные) системы с жидкой дисперсионной средой называют «гелями».

К микрогетерогенным системам относят суспензии (Т/Ж), эмульсии (Ж/Ж), пены (Г/Ж), порошки (Т/Г). Эти системы имеют большое значение в промышленности. Из грубодисперсных систем наиболее распространены системы Т/Г (песок, щебень и др.).

И, наконец, дисперсные системы классифицируют по интенсивности межмолекулярных взаимодействий на границе раздела фаз.

Различают «лиофильные» коллоидные системы, которые характеризуются высокой степенью родственности дисперсной фазы и дисперсионной среды и их сильным взаимодействием, чему соответствуют очень низкие значения межфазного натяжения.

При высоких значениях межфазного натяжения образуются термодинамически неравновесные (неустойчивые) «лиофобные» дисперсные системы. Это обусловлено существенным различием граничащих фаз по составу, свойствам и их слабым взаимодействием.