Основные теоретические положения

Дисперсная система (ДС) – это система, состоящая из двух или более веществ, одно из которых равномерно распределено в другом.

Специфическими особенностями дисперсных систем являются гетерогенность и дисперсность. Гетерогенность означает, что система состоит, как минимум, из двух фаз. Сплошная фаза, в которой равномерно распределено раздробленное вещество, называется дисперсионной средой, а раздробленное вещество (одно или несколько) – дисперсной фазой.

Под дисперсностью понимают величину, обратную среднему размеру частиц дисперсной фазы:

, (4.20)

где а – средний размер частиц, м.

Классифицируют ДС по степени дисперсности, по агрегатному состо-янию дисперсной фазы и дисперсионной среды, по характеру взаимодействия частиц фазы между собой, по характеру взаимодействия частиц фазы и среды.

Классификация дисперсных систем по данному признаку представлена в табл. 5.1.

Таблица 4.5

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

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. 4.6.

Таблица 4.6

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.

В отличие от термодинамически устойчивых истинных растворов (молекулярных и ионных), 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. Свободная поверхностная энергия G_s определяется суммарной поверхностью частиц дисперсной фазы S и величиной поверхностного натяжения σ:

G_s = σ ∙ S. (4.21)

Поверхностное натяжение – работа, затраченная на образование единицы поверхности раздела фаз или избыток свободной поверхностной энергии, приходящейся на единицу поверхности. Поверхностное натяжение зависит от природы взаимодействующих фаз, температуры.

Свободная поверхностная энергия самопроизвольно стремится к уменьшению. Если это происходит за счет уменьшения площади поверхности частиц дисперсной фазы (слипание частиц), то ГДС разрушается, т.к. частицы укрупняются и выделяются из дисперсионной среды.

Уменьшение G_s за счет уменьшения поверхностного натяжения приводит к стабилизации ГДС. Это наблюдается в результате самопроизвольного процесса адсорбции ионов или 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). Это чаще всего органические вещества дифильного строения, имеющие полярные (гидрофильные) группы − ОН, − NH₂, − COOH, − COONa, − SO₃Na и др. и неполярные (гидрофобные) группы − углеводородные радикалы, содержащие не менее 8…10 атомов углерода).