Электронное строение атома. Расположение структурных элементов в таблице Менделеева.
Атомы состоят из еще более мелких частиц, чем они сами, называемых электронами. Электроны вращаются вокруг центрального ядра, состоящего из одного или более протонов и нейтронов, по концентрическим орбитам. Электроны являются отрицательно заряженными частицами, протоны — положительными, а нейтроны — нейтральными.
строение электронных оболочек атомов
Самая внешняя оболочка называется валентной, а число электронов, содержащееся в ней, называется валентностью. Чем дальше находится от ядра валентная оболочка, следовательно, тем меньшую силу притяжения испытывает каждый валентный электрон со стороны ядра. Тем самым у атома увеличивается возможность присоединять к себе электроны в том случае, если валентная оболочка не заполнена и расположена далеко от ядра, либо терять их.
Электроны внешней оболочки могут получать энергию. Если электроны находящиеся в валентной оболочке получат необходимый уровень энергии от внешних сил, они могут оторваться от нее и покинуть атом, то есть стать свободными электронами. Свободные электроны способны произвольно перемещаться от одного атома к атому. Те материалы, в которых содержится большое число свободных электронов, называются проводниками. Изоляторы, есть противоположность проводникам. Они препятствуют протеканию электрического тока. Изоляторы стабильны потому, что валентные электроны одних атомов заполняют валентные оболочки других атомов, присоединяясь к ним. Это препятствует образованию свободных электронов.
Промежуточное положение между изоляторами и проводниками занимают полупроводники.
Расположение структурных элементов в таблице Менделеева
а) Закономерности, связанные с металлическими и неметаллическими свойствами элементов.
1. При перемещении вдоль периода СПРАВА НАЛЕВО металлические свойства элементов УСИЛИВАЮТСЯ. В обратном направлении возрастают неметаллические.
Это объясняется тем, что правее находятся элементы, электронные оболочки которых ближе к октету. Элементы в правой части периода менее склонны отдавать свои электроны для образования металлической связи и вообще в химических реакциях.
2. При перемещении СВЕРХУ ВНИЗ вдоль групп УСИЛИВАЮТСЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ свойства элементов. Это связано с тем, что ниже в группах расположены элементы, имеющие уже довольно много заполненных электронных оболочек. Их внешние оболочки находятся дальше от ядра. Они отделены от ядра более толстой "шубой" из нижних электронных оболочек и электроны внешних уровней удерживаются слабее.
б) Закономерности, связанные с окислительно-восстановительными свойствами. Изменения электроотрицательности элементов.
3. Перечисленные выше причины объясняют, почему СЛЕВА НАПРАВО УСИЛИВАЮТСЯ ОКИСЛИТЕЛЬНЫЕ свойства, а при движении СВЕРХУ ВНИЗ - ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ свойства элементов.
Последняя закономерность распространяется даже на такие необычные элементы, как инертные газы. У "тяжелых" благородных газов криптона и ксенона, которые находятся в нижней части группы, удается "отобрать" электроны и получить их соединения с сильными окислителями (фтором и кислородом), а для "легких" гелия, неона и аргона это осуществить не удается.
в) Закономерности, связанные с размерами атомов.
6. Размеры атомов (АТОМНЫЕ РАДИУСЫ) при перемещении СЛЕВА НАПРАВО вдоль периода УМЕНЬШАЮТСЯ. Это объясняют тем, что электроны все сильнее притягиваются к ядру по мере возрастания заряда ядра. Даже увеличение числа электронов на внешней оболочке (например, у фтора по сравнению с кислородом) не приводит к увеличению размеров атома. Наоборот, размеры атома фтора меньше, чем атома кислорода
г) Закономерности, связанные с валентностью элементов.
8. Элементы одной и той же подгруппы (в короткой форме таблицы) или группы (в длинной) имеют аналогичную конфигурацию внешних электронных оболочек и, следовательно, одинаковую валентность в соединениях с другими элементами.
9. s-Элементы имеют валентности, совпадающие с номером их группы (в любой форме таблицы).
10. p-Элементы имеют наибольшую возможную для них валентность, равную номеру группы в короткой форме Периодической таблицы. Кроме того, они могут иметь валентность, равную разности между числом 8 (октет) и номером их группы в короткой форме таблицы (этот номер совпадает с числом электронов на внешней оболочке).
11. d-Элементы обычно обнаруживают несколько разных валентностей, которые нельзя точно предсказать по номеру группы.
12. Не только элементы, но и многие их соединения - оксиды, гидриды, соединения с галогенами - обнаруживают периодичность. Для каждой ГРУППЫ элементов можно записать формулы соединений, которые периодически "повторяются" (то есть могут быть записаны в виде обобщенной формулы)
Структура материалов: макроструктура, микроструктура, ультрамикроструктура.
Строение материалов выражается структурой и текстурой. Структура – это характер взаимосвязи частиц в материале. Текстура – пространственное расположение частиц в материале. Структура может быть кристаллической (упорядоченной) и аморфной. Структуру можно рассматривать на разных уровнях:
макроструктура – расположение частиц, видимых невооруженным глазом
микроструктура – видна при значительном увеличении – под микроскопом
ультрамикроструктура – строение на атомно-молекулярном уровне.
Макроструктура строительных материалов может быть: рыхлозернистая, конгломератная, слоистая, сланцеватая, волокнистая, ячеистая, мелкопористая.
Рыхлозернистая или сыпучая структура это скопление частиц, не связанных между собой и легко перемещающихся друг относительно друга (песок, щебень, гравий).
Конгломерат – это зерна различной величины, склеенные между собой вяжущим в монолит. Природный конгломерат – песчаник (зерна кристаллического кварца, образовавшиеся при химическом выветривании гранита, склеенные гелем аморфного кремнезема), искусственные конгломераты – бетоны.
Слоистая структура – это чередование различных слоев, характерна для рулонных материалов и листовых. В природе для осадочных пород.
Сланцеватая структура однородная из вытянутых (сплющенных) зерен ориентированных в горизонтальном направлении.
Волокнистая структура – наблюдается в древесине, минеральной вате, стеклопластиках. Если волокна не спутаны, а ориентированы в одном направлении, то материал имеет резкое различие прочности и др. свойств вдоль и поперек волокон (т.е. анизотропен).
Ячеистая структура характеризуется наличием в материале достаточно крупных воздушных полостей – пор. Она свойственна пено- и газобетонам, газонаполненным пластмассам (пенопласт, поропласт), а из природных материалов – пемзам.
Мелкопористая структура – присуща керамическим материалам, в которых многочисленные мелкие поры образуются при сушке, или выгорании органических добавок при обжиге; из природных - осадочным породам.
Особенности кристаллической и аморфной структуры.
Кристаллическая структура – упорядоченное расположение микрочастиц на строгом расстоянии и под определенном углом.
В кристаллических телах частицы располагаются в строгом порядке, образуя пространственные периодически повторяющиеся структуры во всем объеме тела. Для наглядного представления таких структур используются пространственные кристаллические решетки, в узлах которых располагаются центры атомов или молекул данного вещества. Чаще всего кристаллическая решетка строится из ионов (положительно и отрицательно заряженных) атомов, которые входят в состав молекулы данного вещества. Например, решетка поваренной соли содержит ионы Na+ и Cl-, не объединенные попарно в молекулы NaCl (рис. 3.6.1). Такие кристаллы называются ионными.
В каждой пространственной решетке можно выделить структурный элемент минимального размера, который называется элементарной ячейкой. Вся кристаллическая решетка может быть построена путем параллельного переноса (трансляции) элементарной ячейки по некоторым направлениям.
Кристаллические тела могут быть монокристаллами и поликристаллами. Поликристаллические тела состоят из многих сросшихся между собой хаотически ориентированных маленьких кристалликов, которые называются кристаллитами. Большие монокристаллы редко встречаются в природе и технике. Чаще всего кристаллические твердые тела, в том числе и те, которые получаются искусственно, являются поликристаллами.В отличие от монокристаллов, поликристаллические тела изотропны, т. е. их свойства одинаковы во всех направлениях. Поликристаллическое строение твердого тела можно обнаружить с помощью микроскопа, а иногда оно видно и невооруженным глазом (чугун).
Аморфная структура – хаотичное расположение ионов, атомов и молекул в материале.
Среди твердых тел встречаются такие, в изломе которых нельзя обнаружить никаких признаков кристаллов. Например, если расколоть кусок обыкновенного стекла, то излом окажется гладким и, в отличие от изломов кристаллов, ограничен не плоскими, а овальными поверхностями. Подобная же картина наблюдается при раскалывании кусков смолы, клея и некоторых других веществ. Такое состояние вещества называют аморфным.
Различие между кристаллическими и аморфными структурами особенно резко проявляется в их отношении к нагреванию. В то время как кристаллы каждого вещества при строго определенной температуре происходит переход из жидкого состояния в твердое, аморфные тела не имеют определенной температуры плавления. При нагревании аморфное тело постепенно размягчается, начинает растекаться и становится жидким. При охлаждении оно также постепенно затвердевает.
В связи с отсутствием определенной температуры плавления аморфные тела обладают и другой особенностью: многие из них подобно жидкостям текучи, т. е. при длительном действии сравнительно небольших сил постепенно изменяют свою форму. Например, кусок смолы , положенный на плоскую поверхность, в теплом помещении растекается, принимая форму диска.
Ещё одной особенностью является упорядоченность в расположении частиц только на очень малых участках.
Типы кристаллических решеток.
Кристаллическая решетка – пространственная сетка, в узлах которых располагются ионы, молекулы и атомы.
В зависимости от вида частиц и характера связи между ними различают четыре типа кристаллических решеток:
1)ионные (кристаллические решетки, состоящие из ионов, называются ионными. Их образуют вещества с ионной связью ),
2)атомные (кристаллические решетки, в узлах которых находятся отдельные атомы, называются атомными. Атомы в таких решетках соединены между собой прочными ковалентными связями ),
3)молекулярные (кристаллические решетки, состоящие из молекул (полярных и неполярных), называются молекулярными )
Молекулы в таких решетках соединены между собой сравнительно слабыми межмолекулярными силами. Поэтому вещества с молекулярной решеткой имеют малую твердость и низкие температуры плавления, нерастворимы или малорастворимы в воде, их растворы почти не проводят электрический ток. Число неорганических веществ с молекулярной решеткой невелико.
4)металлические (металлическими называют решётки, в узлах которых находятся атомы и ионы металла )
Для металлов характерны физические свойства: пластичность, ковкость, металлический блеск, высокая электро- и теплопроводность
Кристаллы могут быть разных форм. Их делят на 6 систем. Это деление зависит от наличия в кристаллах оси симметрии, их количества, размера и расположения.
Системы:
1) кубическая
2) тетраганальная
3) ромбическая (3 оси симметрии, перпендикулярных друг другу, но все разной длины)
4) иксогональная ( 4 оси симметрии, 3 из которых равны и образуют угол в 60 град.)
5) моноклинная (3 оси симметрии, 2 оси перпендикулярны, а 3 ось перпендикулярна только ко одной)
6) триклинная (3 оси симметрии, все разной длины и под разными углами)
Дефекты кристаллических решеток и их влияние на свойства материалов.
Идеальная кристаллическая решетка представляет собой многократное повторение элементарных кристаллических ячеек. Для реального металла характерно наличие большого количества дефектов строения, нарушающих периодичность расположения атомов в кристаллической решетке. Эти дефекты оказывают существенное влияние на свойства материала.
Различают три типа дефектов кристаллического строения: точечные, линейные и поверхностные.
1. Точечные дефекты характеризуются малыми размерами во всех трех измерениях. Величина их не превышает нескольких атомных диаметров. К точечным дефектам относятся:
а) вакансия (свободные места в узлах кристаллической решетки)
б) замещающий атом
в) внедренный атом
Точечные дефекты приводят к локальным изменениям межатомных расстояний и, следовательно, к искажениям кристаллической решетки. При этом увеличивается сопротивление решетки дальнейшему смещению атомов, что способствует некоторому упрочнению кристаллов и повышает их электросопротивление.
2. Линейные дефекты (лишняя полуплоскость) характеризуются малыми размерами в двух измерениях, но имеют значительную протяженность в третьем измерении. Наиболее важный вид линейных дефектов — дислокации. Вблизи линии дислокации атомы смещены со своих мест и кристаллическая решетка искажена, что вызывает образование поля напряжений: выше линии дислокации решетка сжата, а ниже растянута. Дислокации образуются уже при кристаллизации металлов, а также в ходе пластической деформации и фазовых превращений. Плотность дислокаций может достигать большой величины.
3. Поверхностые дефекты ( возникают, когда кристаллизация идет в замкнутом объеме, где кристаллы сближаются и врастают друг в друга)
Типы связей: ионная, ковалентная, металлическая, вандервальсовская. Зависимость материалов от типа связей.
1) ионная
Ионная связь – частный случай ковалентной, когда образовавшаяся электронная пара полностью принадлежит более электроотрицательному атому, становящемуся анионом. Основой для выделения этой связи в отдельный тип служит то обстоятельство, что соединения с такой связью можно описывать в электростатическом приближении, считая ионную связь обусловленной притяжением положительных и отрицательных ионов. Взаимодействие ионов противоположного знака не зависит от направления, а кулоновские силы не обладают свойством насыщености. Поэтому каждый ион в ионном соединении притягивает такое число ионов противоположного знака, чтобы образовалась кристаллическая решетка ионного типа. В ионном кристалле нет молекул. Каждый ион окружен определенным числом ионов другого знака (координационное число иона). Ионные пары могут существовать в газообразном состоянии в виде полярных молекул.
Распространенные строительные материалы этого типа – гипс и ангидрит – имеют невысокую прочность и твердость, они неводостойки
2) ковалентная
Ковалентная связь – наиболее общий вид химической связи, возникающий за счет обобществления электронной пары посредством обменного механизма, когда каждый из взаимодействующих атомов поставляет по одному электрону, или по донорно-акцепторному механизму, если электронная пара передается в общее пользование одним атомом (донором) другому атому (акцептору).
Такие материалы отличаются очень высокой механической прочностью и твердостью, они весьма тугоплавки.
3)металлическая
Металлическая связь возникает в результате частичной делокализации валентных электронов, которые достаточно свободно движутся в решетке металлов, электростатически взаимодействуя с положительно заряженными ионами. Силы связи не локализованы и не направлены, а делокализированные электроны обусловливают высокую тепло- и электропроводность.
Вещества, обладающие металлической связью, часто сочетают прочность с пластичностью, так как при смещении атомов друг относительно друга не происходит разрыв связей.
4)вандервальсовская
Наиболее универсальный вид межмолекулярной связи, обусловлен дисперсионными силами (индуцированный диполь – индуцированный диполь), индукционным взаимодействием (постоянный диполь – индуцированный диполь) и ориентационным взаимодействием (постоянный диполь – постоянный диполь).
Вещества, обладающие вандервальсовской связью, - это газы. Они всегда стремятся занять доступный объем, легко сжимаемы и обладают относительно небольшой плотностью
Способы формирования структуры веществ и материалов.
К структурообразующим элементам относится следующее.
1. Элементарные частицы – это мельчайшие частицы материи: фотоны, электроны, позитроны, мюзоны, нейтрино, протоны, нейтроны, антипротоны, антинейтроны, гипероны. Между ними действуют силы различной интенсивности и радиуса действия: сильные – электромагнитные и слабые – гравитационные.
2. Атомы – это сложные образования, построенные из элементарных частиц. Свойства атома зависят от заряда ядра и строения электронных оболочек (орбиталей), точнее электронных облаков, отличающихся размером и формой. Атомы всех элементов могут соединяться друг с другом или другими атомами, образуя следующие частицы: ионы, свободные радикалы, молекулы.
3. Ионы – образуются из атомов или молекул при отрыве и удалении электронов (ион “+”) или при их присоединении (ион “-”)
NaCl « Na+ + Cl- .
4. Свободные радикалы – это осколки молекул, высокоактивные неустойчивые частицы, возникающие при распаде молекул с ковалентной связью между атомами и обладающие неспаренными электронами.
5. Молекулы – наименьшие частицы индивидуального вещества, способные к самостоятельному существованию, состоящие из одинаковых или различных атомов и обладающие основными свойствами. Молекулы рассматривают как "многоатомный атом", в котором электроны находятся на молекулярных орбитах, охватывающих все ядра атомов в молекуле, и молекулярные орбитали занимают весь объем молекулы. В целом это относительно устойчивое электрически нейтральное образование.
6. Комплексные соединения и комплексные ионы – это соединения сложного состава, у которых можно выделить центральный атом (комплексообразователь) и непосредственно связанные с ним молекулы или ионы (лиганды)
Ka [Fe+ + + (CN)6 « 3K+ + [Fe (CN)6] - - - ;
[Cu (NH3)4] SO4 « Cu+ + (NH3) + SO4- - .
7. Элементарные кристаллические решетки* (ячейки) –простейшие структурные единицы кристалла.
8. Коллоидные частицы – это частицы твердых, жидких веществ размером 109–10-7 м.
9. Дисперсные частицы – это частицы твердых и жидких веществ размером 10-7–10-6 м.
10. Углеводороды с молекулярной массой < 5000 – масла, смолы, асфальты.
11. Углеводороды с молекулярной массой > 5000 – олигомеры, полимеры (-CH2-CH2-)n и др.
12. Кристаллы, кристаллиты и зерна – твердые тела, имеющие упорядоченное взаимное расположение образующих их частиц – атомов, ионов, молекул. Кристаллиты (зерна) имеют искаженную кристаллическую решетку, неправильную форму кристалла, без характерной кристаллической огранки. К ним относятся дендриты, кристаллические зерна металлических слитков, горных пород, минералов.
13. Твердые частицы – частицы крупных размеров (> 3Ч 10-4 м).
14. Поры, пустоты и т.д.
Этот список можно продолжить. Важно отметить, что в формировании материала на более низких уровнях принимают участие наполнители, заполнители, добавки, которые, с одной стороны, сформированы перечисленными структурообразующими элементами, а с другой – сами играют огромную роль. Таким образом, строение материала характеризуется многоступенчатостью, многообразием структурных элементов и уровней, форм связи между структурообразующими одного и различных уровней.
Структурообразующие элементы имеют различное строение, форму, размеры, по-разному взаимодействуют между собою и располагаются в пространстве, обусловливая тем самым структуру материала, его свойства и, как следствие, области его применения. Поэтому структуру материала изучают на различных уровнях. Величина и число уровней определяются точностью существующих методов исследований и изучаемыми свойствами.
Текстура материалов. Влияние на свойства.
Текстура – это совокупность признаков, определяемых расположением и распределением составных частей породы относительно друг друга а занимаемом ими пространстве. Является важным диагностическим элементом для распознавания строительных материалов
При изучении макроструктуры материалов часто используют термин «текстура», который уточняет наше отношение к данному материалу.
Текстура бывает слоистая, массивная, полосчатая, пористая и др.
В большинстве своем строительные материалы имеют пористую текстуру. Их подразделяют на мелкопористые, размеры пор, которых определяются сотыми и тысячными долями миллиметра до 1…2 мм. Мелкопористыми материалами являются затвердевшие строительные растворы и бетоны, керамика, ряд камней, а крупнопористыми пено — и газобетоны, газостекло, пороплатсы и др. Крупные поры (до сантиметра) называют пустотами, к ним относят и пространства между кусками и зернами рыхлых материалов.
Влияние на свойства.
Например, глубинные горные породы имею малую пористость и, следовательно, большую плотность и высокую прочность. Кроме тго, в связи с очень малой пористостью эти породы обычно обладают низким водопоглощением, морозостойки и высокотеплопроводны. Обработка таких пород из-за высокой прочности затруднительна. Однако благодаря высокой плотности они хорошо полируются и шлифуются.
Текстура древесины – это естественный рисунок древесных волокон на обработанной поверхности, обусловленный особенностями ее строения. Является важным диагностическим элементом для распознавания строительных материалов. Текстура зависит от особенностей анатомического строения отдельных пород древесины и направления разреза. Она определяется шириной годичных слоев, разницей в окраске ранней и поздней древесины, наличием сердцевинных лучей, крупных сосудов, неправильным расположением волокон (волнистым или путаным). Лиственные породы с ярко выраженными годичными слоями и развитыми сердцевинными лучами (дуб, бук, клен, карагач, ильм, платан) имеют очень красивую структуру радиального и тангенциального разрезов. Особенно красивый рисунок имеет древесина с неправильным расположением волокон. У древесины хвойных и мягких лиственных пород более простой и менее разнообразный рисунок, чем у древесины твердых лиственных пород. Поперечным (1) называется разрез, проходящий перпендикулярно оси ствола и направлению волокон и образующий торцовую плоскость. Радиальный(2) разрез - это продольный разрез, проходящий через сердцевину ствола по радиальному направлению вдоль волокон древесины и перпендикулярно касательной к годичному слою древесины в точке касания. Тангенциальный (3) разрез - это продольный разрез, проходящий на некотором расстоянии от сердцевины и по радиальному направлению вдоль волокон древесины по касательной к годичному слою. Породы, у которых анатомические элементы плохо различимы простым глазом, относят к слаботекстурным (например, берёза, груша, самшит). Породы с хорошо заметными широкими сосудами на продольных разрезах имеют штриховую т. д. Если продольные штрихи собраны в широкие полосы (например, дуб, амурский бархат, ясень), т. д. называется полосоштриховой. Т. д. с беспорядочным расположением штрихов называется рассеянно-штриховой (например, грецкий орех, хурма, эвкалипт). Древесина с хорошо заметными сердцевинными лучами (например, бук, дуб, платан) характеризуется зеркальчатой текстурой на радиальных разрезах (лучи видны как блестящие прерывистые полоски или пятна — зеркальца) и чешуйчатой на тангенциальных разрезах (лучи имеют вид веретенообразных продольных чёрточек, как правило, более тёмных, чем окружающая древесина).
9. Изоморфизм и полиморфизм. Влияние полиморфных превращений на свойства.
Полиморфизм – явление существования одного и того же минерала в разных кристаллических формах. Разные кристаллические формы одного минерала называются полиморфными модификациями и обозначаются греческими буквам α, β и т.д. Процесс перехода от одной кристаллической формы к другой называется полиморфным превращением. Полиморфные превращения происходят при изменении температуры (точнее при нагревании).
Например диоксид кремния SiO2, очень распространенный в природе и широко применяемый в строительстве минерал. В природе встречается в 5 разновидностях: кварц, тридимит, кристобаллит, опал и кизельгур. Среди них опал и кизельгур – это аморфные разновидности. Опал образуется при высыхании геля кремнезема и сохраняет в себе от 2 до 14% воды. Кизельгур формируется из скопления панцирей и скелетов отмерших растений и животных.
Кварц, тридимит и крстобаллит – кристаллические разновидности SiO2.
Кварц имеет гексагональную кристаллическую решетку. Устойчив до температуры 870 град С. При нагревании выше переходит в тридимит, имеющий ромбические кристаллы. Тридимит устойчив в пределах 870 – 1470 град С. Выше 1470 град С тридимит переходит в кристобаллит, который принадлежит к тетрагональной системе.
Изоморфизм – способность веществ разного химического состава образовывать одинаковую кристаллическую решетку. Например: ZnSO4·7H2O и MgSO4·7H2O, NaCl и AgCl. Хлориды натрия и серебра имеют одинаковую форму решетки – куб. В узлах кристаллической решетки чередуются анионы Cl- и катионы Na+ или Ag+
10. Понятие о строительных дисперсных системах. Классификация
Дисперсные системы – образования из двух и большего числа фаз (тел), одна из которых дисперсная фаза (ДФ) раздроблена и распределена в виде агрегатов молекул, частиц вещества, кристаллов, капель, пузырьков в другой дисперсионной среде (ДС)
Обязательным условием получения дисперсных систем является взаимная нерастворимость диспергируемого вещества и дисперсионной среды. Поскольку дисперсионная фаза находится в системе в виде отдельных сверхмалых частиц, системы называют микрогетерогенными, а коллоидно-дисперсные системы – ультрамикрогетерогенными. Границу раздела фаз в таких системах невозможно обнаружить с помощью обычного оптического микроскопа.
Процессы, явления, происходящие в дисперсных системах, имеют место на тех или иных технологических этапах изготовления материалов и могут проявляться в разные периоды их эксплуатации. Поэтому эти процессы надо знать, понимать и уметь ими управлять.
Дисперсные системы классифицируют по дисперсности, агрегатному состоянию дисперсной фазы и дисперсионной среды, интенсивности взаимодействия между ними, отсутствию или образованию структур в дисперсных системах.
Количественной характеристикой дисперсности вещества является степень раздробленности (дисперсности – Д) – величина, обратная размеру частиц
,
По степени дробления (дисперсности) вещества системы делят на молекулярно-дисперсные (истинные растворы), коллоидно-дисперсные (коллоидные растворы) и грубодисперсные (взвеси, суспензии, эмульсии)
Для коллоидных и грубодисперсных систем характерны два основных признака: гетерогенность (неоднородность) и раздробленность дисперсной фазы. Гетерогенность в коллоидных и грубодисперсных системах характеризуется наличием поверхности раздела между частицами дисперсной фазы и дисперсионной среды.
Дисперсные системы могут быть свободнодисперсными (рис. 3.4) и связнодисперсными (рис. 3.5) в зависимости от наличия или отсутствия взаимодействия между частицами дисперсной фазы.
К свободнодисперсным системам относятся аэрозоли, лиозоли, разбавленные суспензии и эмульсии. Они текучи. В этих системах частицы дисперсной фазы не имеют контактов, участвуют в беспорядочном тепловом движении, свободно перемещаются под действием силы тяжести. Связнодисперсные системы – твердообразны; они возникают при контакте частиц дисперсной фазы, приводящем к образованию структуры в виде каркаса или сетки. Такая структура ограничивает текучесть дисперсной системы и придает ей способность сохранять форму. Подобные структурированные коллоидные системы называют гелями. Игловатая, волокнообразная и ленточно-лепестковая формы дисперсных частиц повышают вероятность контактов между ними и способствуют образованию гелей при малой концентрации дисперсной фазы. На гелеобразование влияют концентрация дисперсной фазы, уменьшение размеров частиц, форма частиц, присутствие третьей фазы.
В молекулярно-дисперсных системах (истинных растворах) одно вещество (растворимое) раздроблено до ионов, атомов, молекул, агрегатов молекул (частиц < 10-9 м) и равномерно распределено в среде другого (растворителя). Это однофазные (гомогенные), однородные системы
По химическому составу молекулярно-дисперсные системы могут быть органическими, минеральными, а по агрегатному состоянию –
газообразными (газовыми), жидкими и твердыми.