Классификация дисперсных систем по размеру частиц дисперсной фазы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Классификация дисперсных систем по размеру частиц дисперсной фазы

Дисперсность- характеристика размеров частиц в дисперсных системах. Дисперсность D обратно пропорциональна среднему диаметру частиц би определяется удельной поверхностью S_уд, т.е. отношением общей поверхности частиц к единице объема (или иногда массы) дисперсной фазы: дисперсная фаза лиофобность

или

где S₁₂ - поверхность между фазами 1 и 2;

V₁ - объем дисперсной фазы; m₁ - масса дисперсной фазы.

В зависимости от степени дисперсности и особенностей поведения все дисперсные системы обычно подразделяют на молекулярные, высокодисперсные и грубодисперсные. Зависимость удельной поверхности системы S_уд от размера ее частиц б представлена на рис.1.

1 100 1000нм

Рис. 1. Зависимось удельной поверхности системы от размера ее частиц

Данная классификация представлена также в табл. 1.

Видно, что переход от грубодисперсных систем к молекулярным непрерывен и границы между ними условны. Однако, каждый из типов этих систем качественно вполне специфичен.

Основным объектом изучения коллоидной химии являются высокодисперсные (ультрамикрогетерогенные) системы, в которых частицы дисперсной фазы имеют размеры ^10-9 - ^10-7м(1-100 нм). Их особенностью и характерными признаками являются гетерогенность и высокая дисперсность. Эти системы обладают самой большой удельной межфазной поверхностью, величина которой составляет десятки и сотни квадратных метров на один грамм дисперсной фазы. В этой связи они обладают избытком поверхностной энергии более высоким, чем грубодисперсные системы. По традиции их называют коллоидно-дисперсными или просто коллоидными системами. Кроме них к числу объектов коллоидной химии относят также тонкопористые тела, микрогетерогенные и грубодисперсные системы. Тонкопористые тела характеризуют пористостью - понятием, аналогичным дисперсности. Примером микрогетерогенных систем являются порошки, суспензии, эмульсии, пены и ряд других систем, имеющих огромное практическое значение.Молекулярно-дисперсные системы (истинные растворы, а также смеси газов) гомогенны, удельная поверхность в них отсутствует, поскольку отдельные молекулы фазовой поверхностью не обладают. К числу объектов коллоидной химии они не относятся.

ОСНОВНЫЕ ТИПЫ ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ

По дисперсности, т.е. размеру частиц дисперсной фазы дисперсные системы делят на взвеси (суспензии и эмульсии) и коллоидные системы.

Взвеси - это дисперсные системы, в которых размеры распределённых частиц (частицы дисперсной фазы) сравнительно велики (10^-7 - 10^-5 м). Взвеси делятся на суспезии и эмульсии. В суспезиях распределённое вещество твёрдое, а в эмульсиях - жидкое. Частицы взвесей видны простым глазом или в обычный оптический микроскоп. Поэтому взвеси представляют собой мутные системы. Взвеси неустойчивы, если диспергированное вещество в них имеет бульшую плотность, чем дисперсионная среда, то диспергированное вещество постепенно выпадает в осадок. Если его плотность меньше плотности среды - оно, наоборот, всплывает. Например, если смешать глину и воду, то через некоторое время глина постепенно будет оседать на дно сосуда. Если же смешать воду и масло, то масло, наоборот, будет всплывать на поверхность и собираться там. Первый процесс называется седиментацией (для суспезий), второй расслоением (для эмульсий). Суспензии легко разделяются фильтрованием через обычную фильтровальную бумагу, смеси можно быстро разделить в центрифуге.

Коллоидные системы (или коллоидные растворы) - это гетерогенные дисперсные системы, в которых частицы распределённого вещества имеют размеры порядка 10^-9 - 10^-7 м или от 1 до 100 нм. Суммарная поверхность системы, состоящей из частиц такого размера, достигает необычайно большой величины. Например, 1 г вещества при размере частиц 10^-8 м будет иметь поверхность порядка нескольких сотен квадратных метров. Каждая частица может содержать большое число атомов или молекул. Однако, такие частицы не видны ни простым глазом, ни в оптический микроскоп, но они (частицы) образуют отдельную фазу.

Следует отметить, что если диспергированное вещество распределено в среде в виде молекул или ионов (размер частиц 10^-10 - 10^-9 м), то система является истинным раствором (или просто раствором). В данном случае граница (поверхность раздела) между растворённым веществом и растворителем отсутствует, так как понятие поверхности раздела неприменимо к отдельным атомам, молекулам и ионам. Истинный раствор представляет собой гомогенную (однородную) систему.

По агрегатному состоянию дисперсионной среды и дисперсной фазы выделяют следующие виды дисперсных систем:

1. Аэрозоли - это аэродисперсные (газодисперсные) системы с газовой дисперсионной средой. Примером таких систем являются дымы, туманы, пыли.

2. Системы с жидкой дисперсионной средой. В этих системах дисперсная фаза может быть твёрдой (грубодисперсные суспензии и пасты, высокодисперсные золи и гели) жидкой (грубодисперсные эмульсии, высокодисперсные микроэмульсии и латексы) или газовой (грубодисперсные газовые эмульсии и пены).

3. Системы с твёрдой дисперсионной средой: стеклообразные или кристаллические тела с включением мелких твёрдых частиц, капель жидкости или пузырьков газа. Например, рубиновые стёкла, минералы типа опала, разнообразные микропористые материалы.

Дисперсные системы ещё классифицируют по способности частиц дисперсной фазы взаимодействовать с дисперсионной средой (растворителем) с помощью понятий лиофильность и лиофобность.

Лиофильность (если дисперсионной средой является вода, то гидрофильность) означает хорошее смачивание коллоидных частиц, т.е. в таких системах на поверхности частиц имеется уплотнённый слой молекул растворителя. В лиофильных системах наблюдается усиление межмолекулярного взаимодействия между дисперсионной средой и дисперсной фазой. Межфазное поверхностное натяжение очень мало и достигает ? 10^-2 мДж/м², а межфазная граница может быть размыта и по толщине соизмерима с размерами частиц коллоидного раствора. Лиофильные дисперсные системы термодинамически равновесны, они всегда высокодисперсны, образуются самопроизвольно и при сохранении условий их возникновения могут существовать сколь угодно долго.

Размещено на Allbest.ru