Классификация дисперсных систем по размеру частиц дисперсной фазы

Средний диаметр частиц , м	10-4	10-5...10-6	10-7...10-9	≤10-9
Классификация дисперсных систем	грубо-дисперсные	тонко-дисперсные	коллоидные	истинные растворы
Примеры	взвеси	суспензии, эмульсии	золи, гели. наносистемы	водные растворы электролитов и неэлектролитов
	гетерогенные				гомогенные

Гетерогенность означает, что система состоит как минимум из двух фаз. Одна из фаз обязательно должна быть раздробленной, ее называют дисперсной фазой. Сплошная среда, в которой раздроблена дисперсная фаза, называется дисперсионной средой.

Гетерогенные дисперсные системы (ГДС) имеют размер частиц дисперсной фазы 10 ^–4…10 ^–9 м. Для получения ГДС частицы, имеющие больший размер (макротела) подвергают измельчению; атомы, молекулы и ионы соединяют (конденсируют) в более крупные агрегаты.

По характеру взаимодействия частиц дисперсной фазы между собой ГДС делятся на свободнодисперсные (золи), в которых такое взаимодействие мало и связанодисперсныех (гели), в которых частицы дисперсной фазы с участием дисперсионной среды связаны между собой силами межмолекулярного взаимодействия.

По степени молекулярного взаимодействия дисперсной фазы и дисперсионной среды дисперсные системы подразделяют на лиофильные и лиофобные. Лиофильный: в переводе с греческого означает «любящий растворение»; лиофобный – «боящийся растворения».

В лиофильных системах частицы дисперсной фазы взаимодействуют с молекулами дисперсионной среды, образуя сольватные оболочки. Если средой является вода, то говорят соответственно о гидрофильности, гидрофобности и гидратных оболочках.

В лиофобных системах частицы фазы фактически «выталкиваются» из дисперсионной среды.

Примеры дисперсных систем представлены в табл. 5.2.

Таблица 5.2

Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию

дисперсной фазы и дисперсионной среды

Фаза Среда	газ	жидкость	твёрдая
газ	воздух	туман, пар	пыль, дым
жидкость	пена	эмульсия (молоко, водоэмульсионные краски)	суспензия, коллоидные системы
твёрдая	газосиликат	минералы	сплавы

Характерным свойством гетерогенной дисперсной системы (ГДС) является наличие большой межфазной поверхности. В связи с этим определяющими являются свойства поверхности, а не частиц в целом. Характерными являются процессы, протекающие на поверхности, а не внутри фазы (рис.5.1).

Рис. 5.1. Схема описания состояния вещества внутри

конденсированной фазы и на границе раздела фаз

В отличие от истинных растворов (молекулярных и ионных), являющихся однофазными, равновесными, термодинамически устойчивыми, гетерогенные дисперсные системы (двух- и более фазные) принципиально неустойчивы, однако некоторые из них длительное время могут сохранять устойчивость и не разрушаться.

На границе раздела фаз частицы обладают избыточной свободной энергией Е пропорциональной величине поверхности раздела фаз S

Е = σ∙S. (5.2)

Мерой избытка свободной поверхностной энергии, приходящейся на единицу поверхности, служит величина удельной поверхностной энергии σ (мДж/м²), называемая для границы жидкости с её парами поверхностным натяжением. Поверхностное натяжение зависит от природы взаимодействующих фаз, температуры и может измениться при введении добавок, т.е. изменении природы поверхности.

Свободная поверхностная энергия самопроизвольно стремится к уменьшению. Если это происходит за счёт уменьшения площади поверхности частиц дисперсной фазы (слипание частиц), то ГДС разрушается.

С другой стороны, уменьшение Е за счёт уменьшения поверхностного натяжения приводит к стабилизации ГДС. Это наблюдается за счёт самопроизвольного процесса адсорбции ионов и молекул на границе раздела фаз.

Адсорбция – преимущественное концентрирование веществ в поверхностном слое по сравнению с объемом.

Вещества, снижающие свободную поверхностную энергию за счет адсорбции, называются поверхностно-активными (ПАВ).

Различают кинетическую и агрегативную устойчивость коллоидных систем.

Кинетическая устойчивость обусловлена малым размером коллоидных частиц, находящихся в броуновском движении.

Под агрегативной устойчивостью понимают сохранение системой присущей степени дисперсности. Факторами агрегативной устойчивости служат одноимённый электрический заряд коллоидных частиц и структурно-механический барьер, обусловленный защитными свойствами адсорбционных слоёв, их гидратацией.

При снятии стабилизующего барьера происходит потеря агрегативной устойчивости, которая приводит к укрупнению частиц, их слипанию. Этот процесс называется коагуляцией. Коагуляция вызывает нарушение кинетической устойчивости и расслоение системы на две сплошные фазы. Явная коагуляция называется седиментацией.

Коагуляция может быть вызвана различными факторами, наиболее важным из них является действие электролита. Минимальная концентрация электролита, вызывающая коагуляцию, называется порогом коагуляции.