12 Дисперсные системы. Коллоидные растворы

Истинные растворы со­держат молекулы или атомы, размеры которых обычно не превышают 5∙10^-9м (5 нм). При увеличении размеров частиц система стано­виться гетерогенной, состоящей из двух или более фаз с сильно раз­витой поверхностью раздела. Такие системы получили название дисперсных систем.

12.1 Общие понятия о дисперсных системах

Все дисперсные сис­темы состоят из сплошной фазы, называемой дисперсионной средой, и прерывистой фазы (частиц), называемой дисперсной фазой. В зависимости от размера частиц дисперсные системы под­разделяют на группы:

а) взвеси (суспензии, эмульсии), у которых частицы имеют размер 1000нм (10 ^-'⁶ м) и более;

б) коллоидные системы, размер частиц которых лежит в пределах от 1 до 500 нм (10 ^-9 м … 5 ∙ 10 ^{- 7} м).

Дисперсные системы также классифицируются по агрегатным со­стояниям дисперсной фазы и дисперсионной среды.

Таблица 12.1 - Типы дисперсных систем

Тип дискретной системы	Фазовое состояние		Примеры
	Дисперсионной среды	Дисперсной фазы
Аэрозоль	Газ	Жидкая	Туман, облака
Аэрозоль	Газ	Твердая	Дым, пыль
Пена	Жидкая	Газ	Взбитые сливки, мыльная пыль
Эмульсия	Жидкая	Жидкая	Молоко, Майонез
Золь	Жидкая	Твердая	Краски
Твердая эмульсия	Твердая	Жидкая	Масло
Гель	Твердая	Жидкая	Железо, Агар-агар

12.2 Коллоидные растворы

Коллоидное состояние характерно для многих веществ, если их частицы имеют размер от 1 до 500 нм. Легко показать, что суммарная поверхность этих частиц огромна. Если предположить, что частицы имеют форму шара с диаметром 10 нм, то при общем объеме этих частиц 1 см³ они будут иметь площадь по­верхности порядка 10² м². Как указывалось ранее, поверхностный слой характеризуется поверхностной энергией и способностью ад­сорбировать те или иные частицы, в том числе ионы из раствора. Ха­рактерной особенностью коллоидных частиц является наличие на их поверхности заряда, обусловленного избирательной адсорбцией ионов. Коллоидная частица имеет сложное строение. Она включает в себя ядро, адсорбированные ионы, противоионы и растворитель. Су­ществуют лиофильные (гидрофильные) коллоиды, в которых растворитель взаимодействует с ядрами частиц, и лиофобные (гидрофобные) коллоиды, в которых растворитель не взаимодей­ствует с ядром частиц. Растворитель входит в состав гидрофобных частиц лишь как сольватная оболочка адсорбированных ионов или при наличии стабилизаторов (ПАВ), имеющих лиофобную и лио­фильные части.

Несколько примеров коллоидных частиц:

Как видно, ядро состоит из электронейтрального агрегата частиц с адсорбированными ионами элементов, входящих в состав ядра (в данных примерах ионами Ag⁺, HS", Fe³⁺). Коллоидная частица кроме ядра имеет противоионы и молекулы растворителя. Адсорбирован­ные ионы и противоионы с растворителем образуют адсорбирован­ный слой. Суммарно заряд частицы равен разности зарядов адсорби­рованных ионов и противоионов. Вокруг частиц находится диф­фузный слой ионов, заряд которых равен заряду коллоидной частицы. Коллоидная частица и диффузный слой образуют электроней­тральную мицеллу.