ДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ
- гетерогенные системы из двух или большего числа фаз с сильно развитой
поверхностью раздела между ними. Обычно одна из фаз образует непрерывную
дисперсионную среду, в объеме которой распределена дисперсная фаза (или неск.
дисперсных фаз) в виде мелких кристаллов, твердых аморфных частиц, капель или
пузырьков. Д. с. могут иметь и более сложное строение, напр., представлять
собой двухфазное образование, каждая из фаз которого, будучи непрерывной,
проникает в объем др. фазы. К таким системам относятся твердые тела,
пронизанные разветвленной системой каналов-пор, заполненных газом или
жидкостью, некоторые микрогетерогенные полимерные композиции и др. Нередки
случаи, когда дисперсионная среда "вырождается" до тончайших слоев
(пленок), разделяющих частицы дисперсной фазы.
Образование
дисперсных систем.
Возможно двумя путями: диспергационным и
конденсационным. Диспергирование макрофаз с образованием лиофильных Д. с.
происходит самопроизвольно - для этого достаточно энергии теплового движения. Такой
процесс осуществляется при значениях поверхностного натяжения s ниже нек-рого
критич. значения sкр = bkТ/d2, где d - размер частиц дисперсной фазы, Т - абс.
т-ра, k - постоянная Больцмана, b - безразмерный коэф., принимающий значения
примерно 10-30. Конденсационный путь образования Д. с. связан с зарождением
новой фазы (или новых фаз) в пересыщенной метастабильной исходной фазе -
будущей дисперсионной среде. Для возникновения высокодисперсной системы
необходимо, чтобы число зародышей новой фазы было достаточно большим, а
скорость их роста не слишком велика. Кроме того, требуется наличие факторов,
ограничивающих возможности чрезмерного разрастания и сцепления частиц
дисперсной фазы. Переход первоначально стабильной гомог. системы в
метастабилъное состояние может произойти в результате изменения термодинамич.
параметров состояния (давления, т-ры, состава). Так образуются, напр.,
природные и искусственные аэрозоли (туман - из переохлажденных водяных паров,
дымы - из парогазовых смесей, выделяемых при неполном сгорании топлива),
нек-рые полимерные системы - из р-ров при ухудшении "термодинамич.
качества" р-рителя, органозоли металлов путем конденсации паров металла
совместно с парами орг. жидкости или при пропускании первых через слой орг.
жидкости, коллоидно-дисперсные поликристаллич. тела (металлич. сплавы, нек-рые
виды горных пород и искусств. неорг. материалов). Возможно также образование Д.
с. в результате хим. р-ции в гомог. среде, если продукт р-ции при данных
условиях находится в агрегатном состоянии, отличном от "материнской"
фазы, или практически не растворяется в ней. Примерами подобных систем могут
служить аэрозоли с твердыми частицами NH4Cl (образуются при взаимод.
газообразных NH3 и НСl), аэрозоли с капелъно-жидкими частицами H2SO4 (при
взаимод. SO3 и водяного пара). В природе и технол. процессах часто образуются
гидрозоли разного состава при гидролизе солей и др. соед., неустойчивых к
действию воды. Окислит.-восстановит. р-ции используют для получения золей Аu и
Ag, разложение Na2S2O3 разб. серной или соляной к-той - для получения гидрозоля
элементарной серы. Хим. или термохим. разложения карбонатов, орг. порофоров
(порообразователей, вспенивающих агентов) и др. соед. с выделением газообразных
в-в в первоначально жидких средах лежит в основе пром. произ-ва мн.
пеноматериалов.
Классификации
дисперсных систем.
По степени раздробленности (дисперсности) системы
делятся на следующие классы: грубодисперсные, размер частиц в которых более 10-5
м; тонкодисперсные (микрогетерогенные) с размером частиц от 10-5 до
10-7 м; коллоидно-дисперсные (ультрамикро-гетерогенные) с частицами
размером от 10-7 до 10-9м. Если фиксировать внимание на
двух основных компонентах дисперсных
систем,
то одному из них следует приписать роль дисперсионной среды, а другому - роль
дисперсной фазы. В этом случае все дисперсные
системы можно классифицировать по агрегатным состояниям фаз.
Коллоидная
химия
изучает свойства как тонко-, так и грубодисперсных систем; как свободно-, так и
связнодисперсных систем.
Включение в одну науку столь большого
количества разнообразных систем, различных как по природе фаз, так и по размерам
частиц и агрегатному состоянию фаз, основано на том, что все они обладают
общими свойствами - гетерогенностью и принципиальной термодинамической
неустойчивостью. Центральное место в коллоидной
химии
занимают ультрамикрогетерогенные системы со свободными частицами. Это - так
называемые, коллоидные
системы.
Таблица 1
Классификация дисперсных систем по
агрегатным состояниям фаз.
Дисперсион-ная среда
|
Дисперс-ная фаза
|
Примеры дисперсных систем
|
Твердая
|
Твердая
|
Рубиновое стекло;
пигментированные волокна; сплавы; рисунок на ткани, нанесенный методом пигментной печати
|
Твердая
|
Жидкая
|
Жемчуг, вода в
граните, вода в бетоне, остаточный мономер в
полимерно-мономерных частицах
|
Твердая
|
Газо- образная
|
Газовые включения в различных твердых телах: пенобетоны,
замороженные пены, пемза, вулканическая лава, полимерные пены, пенополиуретан
|
Жидкая
|
Твердая
|
Суспензии, краски, пасты, золи, латексы
|
|
|
|
Жидкая
|
Жидкая
|
Эмульсии: молоко, нефть, сливочное масло,
маргарин, замасливатели волокон
|
Жидкая
|
Газо- образная
|
Пены, в том числе для пожаротушения и пенных технологий
замасливания волокон, беления и колорирования текстильных материалов
|
Газообразная
|
Твердая
|
Дымы, космическая пыль, аэрозоли
|
Газообразная
|
Жидкая
|
Туманы, газы в
момент сжижения
|
Газообразная
|
Газо- образная
|
Коллоидная система не образуется
|
Коллоидные
системы необычайно лабильны, т.е. неустойчивы. Для многих из
них достаточно прибавления ничтожного количества электролита, чтобы
вызвать выпадение осадка. Причина столь легкого изменения состояния коллоидных систем связана с
непостоянством степени их дисперсности. Различают два вида устойчивости любой
раздробленной системы - кинетическую и агрегативную.
Понятие агрегативной устойчивости, которое
впервые ввел Н.П. Песков, подразумевает отсутствие агрегирования, т.е. снижения
степени дисперсности коллоидной
системы при хранении. Для определения кинетической
устойчивости необходимо изучать условия выделения диспергированных частиц в
гравитационном или центробежном поле. Скорость подобного выделения зависит от
интенсивности броуновского движения частиц, т.е. от степени дисперсности
системы и разности плотности дисперсионной среды и дисперсной фазы, а также от вязкости среды.
Коллоидными системами называют двух-или
многофазные системы, в которых одна фаза находится в виде отдельных мелких
частиц, распределенных в другой фазе. Такие ультрамикрогетерогенные системы с
определенной (коллоидной) дисперсностью проявляют способность к интенсивному
броуновскому движению и обладают высокой кинетической устойчивостью.
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.