2. Дисперсні системи та їх властивості

2.1. Загальна характеристика дисперсних систем

Системи, в яких одна речовина розподілена в середовищі іншої у вигляді дуже дрібних частинок, називаються дисперсними системами. Однією з характерних ознак цих систем є їх гетерогенність. Будь-яка дисперсна система, незалежно від агрегатного стану, складається з дисперсної фази, тобто фази, утвореної частинками подрібненої речовини, і дисперсійного середовища - середовища, в якому розподілені частинки. Дисперсні сис­теми характеризуються ступенем дисперсності та величиною питомої поверхні.

Ступінь дисперсності (подрібненості) Д речовини, що становить дисперсну фазу, виражається величиною, оберненою до розміру дисперсних частинок:

де а - розмір частинок дисперсної фази.

Питома поверхня s виражається відношенням загальної поверхні частинок дисперсної фази до їх загального об'єму:

де S - загальна поверхня частинок;

V- об'єм речовини, яка подрібнюється.

Із подрібненням речовини, збільшується сумарна поверхня за незмінного V, внаслідок чого питома поверхня зростає, а розмір частинок зменшується. Коли частинки досягають розмірів молекул або іонів, гетерогенність зникає, системи стають однорідними, речовина утворює істинний розчин. Якщо всі частинки дисперсної фази мають однакові розміри, то такі системи називаються монодисперсними, якщо ж розміри частинок різні, то системи називаються полідисперсними.

Дисперсні системи поділяються на вільнодисперсні та зв'язанодисперсні - залежно від наявності або відсутності контактів між частинками дисперсної фази (рис.9).

Кожна дисперсна система характеризується седиментаційною (кінетичною) і агрегатною стійкістю.

1 2

Рис.9. Вільнодисперсна (1) і зв'язанодисперсна (2) системи.

Седиментаційна стійкість характеризує здатність системи зберігати рівномірний розподіл частинок дисперсної фази по всьому об'єму системи. Седиментаційна стійкість характерна для вільнодисперсних систем, коли кожна частинка вільна і перебуває в тепловому (броунівському) русі. Коли частинки дисперсної фази великі, їх броунівський рух незначний або цілком відсутній.

Частинки дисперсної фази осідають під дією сили ваги. Проходить розшарування системи. Седиментаційна стійкість зумовлена наявністю броунівського руху частинок і залежить від наступних факторів:

1. від ступеня дисперсності (чим більший ступінь дисперсності, тим вища седиментаційна стійкість);

2. від в'язкості дисперсійного середовища (чим більша в'язкість, тим вища стійкість);

3. від різниці густини дисперсної фази і дисперсійного середовища (чим більша різниця густин, тим нижча стійкість).

Здатність полідисперсних систем зберігати характерний для них ступінь дисперсності називається агрегативною стійкістю. Порушення агрегативної стійкості може відбутися за рахунок агрегації (коагуляції) дисперсних частинок, тобто об'єднання їх в агрегати.

Класифікація дисперсних систем

Дисперсні системи класифікують за агрегатним станом дисперсної фази і дисперсійного середовища (табл.1), ступенем дисперсності (табл.2), взаємодією дисперсної фази і дисперсійного середовища.

У природі існують вісім типів дисперсних систем. Система Г/Г є гомогенною і дисперсної системи не утворює.

Класифікувати дисперсні системи за ступенем дисперсності можна також з допомогою рис.10, що відображає залежність питомої поверхні дисперсної фази від розміру частинок.

Таблиця 1 Класифікація дисперсних систем за агрегатним станом

Дисперсна фаза	Дисперсійне середовище	Умовні позначення системи	Назви і приклади систем
Газ	Газ	Г/Г	-
Рідина	Газ	Р/Г	Туман
Тверде тіло	Газ	Т/Г	Дим, пил
Газ	Рідина	Г/Р	Піна
Рідина	Рідина	Р/Р	Емульсії (вершкове масло)
Тверде тіло	Рідина	Т/Р	Суспензії (зависі, колоїдні розчини, золі)
Газ	Тверде тіло	Г/Т	Тверда піна, пористі тіла (пінопласт)
Рідина	Тверде тіло	Р/Т	Тверді емульсії (вода в парафіні)
Тверде тіло	Тверде тіло	Т/Т	Кольорове скло, сплави

Таблиця 2 Класифікація дисперсних систем за ступенем дисперсності

Назва системи	Розмір частинок	Гетерогенність і стійкість системи
Грубодисперсні системи (суспензії-)	10-3-10-5cм (10000-100 нм)	Гетерогенні, нестійкі
Колоїдно-дисперсні	10-5-10-7см (100-1нм)	Мікрогетерогенні,
системи		досить стійкі
Молекулярно-дисперсні та іонно-дисперсні системи:	10-6-10-7см (10-1нм)	Гомогенні, стійкі
Розчини ВМС (розчин желатину)
Розчини низькомолекулярних речовин	10-8см (0,1 нм)	Гомогенні, стійкі

Рис.10. Залежність питомої поверхні дисперсної фази від розміру частинок.

Колоїдно-дисперсні системи є проміжними між молекулярно-дисперсними і грубодисперсними системами.