Дисперсні системи. Класифікація. Ступінь дисперсності. Колоїдні системи(розчини). Нанофізика, нанохімія, нанотехнології

Поверхневий поділ фаз

Поверхневі явища проявляються в процесах, що відбуваються на межі поділу фаз. Фази можуть бути рухомі і нерухомі.Рухомі – рідина, газ(рідина – рідина, рідина – газ).Нерухомі: рідина – тверде тіло, газ – тверде тіло, тверде тіло – тверде тіло (тверде тіло – тверде тіло – газ, тверде тіло – тверде тіло – рідина).

ДИСПЕРСНІ СИСТЕМИ (лат. dispersio — розсіювання + грец. systema — комплекс, або організоване ціле) — гетерогенна система, що складається із безперервного рідкого, твердого або газоподібного середовища (дисперсійне середовище), в якому розподілена велика кількість малих частинок однієї або декількох речовин і дисперсної фази. Іншими словами Д.с. — це взаємопов’язані або взаємозалежні частки (дисперсійне середовище та дисперсна фаза), які разом виконують спільну функцію, задачу, яку неможна досягти лише однією із них.Головними ознаками Д.с. є висока роздрібненість (дисперсність) та гетерогенність. Вони мають особливі характерні властивості: підвищену хімічну і біологічну активність; адсорбційну здатність; надлишок вільної енергії, що зумовлює їх термодинамічну нестійкість. У Д.с. легко відбуваються процеси, які знижують вільну енергію, а саме адсорбція, коагуляція (злипання дисперсних частинок), утворення макроструктур та ін.

Різноманітні Д.с. широко розповсюджені у природі і часто відзначаються в різних галузях промисловості та сільського господарства. Складові частини Землі та її атмосфери, рослинні та тваринні організми і продукти їх життєдіяльності — це Д.с. Утворення і руйнування Д.с. відіграє вирішальну роль у генезисі землі, розвитку живих організмів, в одержанні речовин та продуктів їх перероблення. Тверді матеріали сучасної техніки (метали і сплави, бетон, матеріали на основі полі­мерів), як і природні (дерево, шкіра, рослинні і тваринні волокна і тканини на їх основі) є твердими Д.с. (дисперсними структурами). У фармації як лікарські форми використовують емульсії, мазі, піни, порошки та ін.

Д.с. класифікують за різними ознаками: за дисперсністю, агрегатним станом, структурою, міжфазною взаємодією, формою частинок. За дисперсністю (подрібненістю) Д.с. розділяють на колоїдно-дисперсні або ультрамікрогетерогенні (а =10^–9–10^–7 м), мікрогетерогенні (а =10^–7–10^–4 м), грубодисперсні (а> 10^–4 м), де а — поперечний розмір частинок дисперсної фази, що визначається величиною діаметра d для сферичних частинок або довжиною ребра l — для кубічних частинок. Характеристиками дисперсності є також ступінь дисперсності D — величина, обернена поперечному розміру частинок м^–1, і питома поверхня S _пит. Питому поверхню обчислюють як відношення міжфазної поверхні S до об’єму дисперсної фази V: S _пит= S/V,м^–1.

Розміри питомої поверхні та ступеня дисперсності збігаються, що вказує на їх прямо пропорційну залежність S _пит= KD=K,де K — кое­фіцієнт пропорційності, який залежить від форми частинок. Усі три характеристики пов’язані між собою: зі зменшенням розмірів частинок збільшується ступінь дисперсності та питома поверхня. Дисперсність впливає на усі основні характеристики Д.с.: оптичні, кінетичні, каталітичні тощо.Розподіл дисперсних систем за агрегатним станом:

Дисперсна фаза	Диспер­сійне середовище	Позна­чення системи	Приклади
Газ	Газ	Г/Г	Атмосфера Землі
Рідина	Газ	Р/Г	Аерозолі рідких фармацевтичних речовин, туман, хмари
Тверде тіло	Газ	Т/Г	Аерозолі твердих фармацевтичних речовин, порошки, пил, дим
Газ	Рідина	Г/Р	Піни, газові емульсії
Рідина	Рідина	Р/Р	Емульсії (молоко, фармацевтичні емульсії)
Тверде тіло	Рідина	Т/Р	Суспензії, ліозолі
Газ	Тверде тіло	Г/Т	Тверді піни, пемза, силікагель
Рідина	Тверде тіло	Р/Т	Гелі, перли, капілярні системи
Тверде тіло	Тверде тіло	Т/Т	Кольорове скло, мінерали, сплави

Примітка: Т/Г, Р/Г — аерозолі; Т/Р — ліозолі; Т/Т — тверді золі.

КОЛОЇДИ, КОЛОЇДНІ СИСТЕМИ, (рос. коллоиды, коллоидные системы, англ. colloid systems; нім. Kolloidsysteme n pl) – мікрогетерогенні дисперсні системи (проміжний стан між справжніми розчинами й грубо-дисперсними системами), що складаються з дуже подрібнених частинок (від 1 до 1000 нм), рівномірно розподілених (розосереджених) в однорідному середовищі або фізично однорідні системи, що містять макромолекули як один з компонентів (молекулярний колоїд). На відміну від частинок грубодисперсних систем (суспензій, емульсій, пін тощо), розмір частинок яких звичайно перевищує 10^-4 см, колоїдні частинки беруть участь в інтенсивному броунівському рухові і не седиментують в полі сил земного тяжіння. К.с. з газовим дисперсійним середовищем - високодисперсні аерозолі (дими, тумани), з рідким - золі, латекси, міцелярні розчини, мікроемульсії, з твердого - системи типу рубінового скла. Колоїдні системи утворюються внаслідок конденсації (при виділенні колоїдно-дисперсної фази з перенасиченої пари, розчину або розплаву) або диспергування. Найпоширеніші в природі та техніці колоїдні системи з рідким дисперсійним середовищем.

Нанотехнології, нанонауки — це наука і технологія колоїдних систем, це колоїдна хімія, колоїдна фізика, молекулярна біологія, вся мікроелектроніка, принципова відмінність колоїдних систем до яких належать: хмари, кров людини, молекули ДНК і білків, транзистори, з яких збираються мікропроцесори, в тому що поверхня таких частинок або величезних молекул в мільйони разів перевершує обсяг самих частинок, такі частки займають проміжне положення між справжніми гомогенними розчинами, сплавами, і звичайними об'єктами макросвіту як то стіл, книга, пісок. Поведінка таких систем сильно відрізняється від поведінки істинних розчинів і розплавів і від об'єктів макросвіту завдяки високорозвиненою поверхні, як правило такі ефекти починають відігравати значну роль коли розмір частинок лежить в діапазоні 1-100 нанометрів, звідси прийшло заміщення слова колоїдна фізика, хімія, біологія на нанонауки і нанотехнології, маючи на увазі розмір об'єктів, про які йде мова.

Дата добавления: 2015-05-24