vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Свободнодисперсные – частицы дисперсной фазы не связаны между собой, находятся на больших расстояниях друг от друга и могут свободно перемещаться относительно друг друга. К ним относятся: суспензии, эмульсии, золи.

Связнодисперсные – частицы дисперсной фазы связаны друг с другом за счет межмолекулярных сил, образуя в дисперсионной среде своеобразные пространственные сетки или каркасы (структуры). К ним относятся: капиллярно-пористые тела, мембраны, гели, пасты, концентрированные эмульсии и пены, порошки.

1.5. МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ

Дисперсные системы широко распространены в живой и неживой природе. В частности, нефть, большинство минералов дисперсные системы и используются в различных областях промышленности, следовательно, такие системы необходимо получать с необходимым набором физических и химических свойств (состав, агрегатное состояние, размер, форма, структура, поверхностные свойства).

При получении дисперсных систем решают две важные задачи:

1.Получение дисперсных частиц нужного размера и формы.

2.Стабилизация дисперсных систем, то есть сохранение размеров дисперсных частиц в течение достаточно длительного времени (особенно актуальна для наночастиц).

Методы получения дисперсных систем делятся на две большие группы: диспергационные и конденсационные.

13

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

1.5.1. ДИСПЕРГАЦИОННЫЕ МЕТОДЫ

Методы заключаются в измельчении крупных (макроскопических) образцов данного вещества до частиц дисперсных размеров. При диспергировании химический состав и агрегатное состояние вещества обычно не меняются, меняется размер частиц и их форма. Диспергирование происходит, как правило, не самопроизвольно, а с затратой внешней работы, расходуемой на преодоление межмолекулярных сил при дроблении вещества.

Диспергационные методы используют в основном для получения грубодисперсных частиц – от 1 мкм и выше. Например, производство цемента (1 млрд. т в год), измельчение руд полезных ископаемых, получение пищевых продуктов и лекарств и т.д.

Работа, необходимая для диспергирования твердого тела, затрачивается на работу деформирования тела (Wдеф) и

работу образования новойW поверхности= + (Wп):

деф

Работа деформирования пропорциональна объему тела: Wдеф = kV, где k – коэффициент пропорциональности, равный работе объемного деформирования единицы объема твердого тела, V – объем тела.

Работа образования новой поверхности придиспергир= ∙∆овании пропорциональна приращению поверхности:, где σ – энергия образования единицы площади поверхности или поверхностное натяжение, S – приращение поверхности или площадь образовавшейся поверхности.

14

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Полная работа, затрачиваемая на диспергирование,

выражается уравнением= Ребиндера+ =: ∙ + ∙∆

деф

При дроблении материалы разрушаются по местам прочностных дефектов (трещин). Поэтому, при измельчении прочность частиц возрастает, что используется для получения более прочных материалов. В связи с этим м ожно привести высказывание П.А. Ребиндера: «Путь к прочности материала лежит через его разрушение».

Для диспергирования твердых тел используют механические (дробление, истирание и т.п.), электрические (распыление в электрическом поле) методы, взрывы. В лабораторных условиях диспергирование проводят в шаровых и вибрационных мельницах.

Для облегчения диспергирования твердых тел используют понизители твердости (растворы электролитов, поверхностно-активные вещества) – вещества, повышающие эффективность диспергирования за счет образования микротрещин (эффект П.А. Ребиндера). Понизители твердости обычно составляют 0,1 % от общей массы измельчаемых веществ и при этом снижают энергозатраты на получение дисперсных систем на половину.

Механизм уменьшения твердости заключается в том, что добавляемое вещество (понизитель твердости) адсорбируется в местах дефектов кристаллической решетки (в микротрещинах) твердого тела, что приводит к экранированию сил сцепления, действующими между противоположными поверхностями щели. При адсорбции электролитов возникают силы

15

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

электростатического отталкивания между одноименно заряженными ионами. С другой стороны ПАВ понижают поверхностное натяжение на границе раздела твердое тело – газ, что облегчает деформирование твердого тела.

Добавки помогают не только разрушить материал, но и стабилизируют систему в дисперсном состоянии, адсорбируются на поверхности частиц и мешают их обратному слипанию.

Для диспергирования жидкостей и получения мелких капель в аэрозолях и эмульсиях используют механические способы: встряхивание, быстрое перемешивание с кавитационными взрывами, воздействие ультразвука, распыление при течении жидкости через тонкие отверстия при быстром движении струи. Процессы диспергирования жидкостей имеют большое значение в энергетике – обеспечение эффективного сжигания жидкого топлива, в медицине и т.д.

При диспергировании газов используют:

барботирование – прохождение газовой струи через жидкость с большой скоростью; одновременное смешивание потоков жидкости и газа в специальных устройствах.

Значение диспергационных методов. Диспергационные методы занимают ведущее место в мировом производстве различных веществ. Вещество в дисперсном состоянии обеспечивает удобство расфасовки, транспортировки, дозировки, способствуют увеличению скорости химических реакций и процессов растворения, сорбции, экстракции, дают возможность получать однородные материалы при составлении смесей и материалы с более высокими прочностными свойствами, материалы с большой удельной поверхностью

16