Дисперсная система

Введение

Методические указания к практическим занятиям

Методические указания к практическим занятиям

ДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ

по курсу «ХИМИЯ»

Составители:

Белова С.Б.

Гришина Н.Д.

Белов С.П.

МОСКВА 2012

по курсу «Химия» / сост. С.Б.Белова, Н.Д.Гришина, С.П.Белов ─ М.: МАТИ, 2012 ─ с.24

© Белова С.Б.,

Гришина Н.Д.

Белов С.П.

составление, 2012

© МАТИ, 2011

Большинство веществ окружающего нас мира существует в виде дисперсных систем: почвы, ткани живых организмов, пищевые продукты и др. Свойства вещества в раздробленном, или дисперсном, состоянии отличаются от свойств того же вещества в недисперсном состоянии. Под дисперсным состоянием понимают состояние системы, в котором одно вещество (дисперсная фаза) распределено в другом (дисперсионная среда или фаза).

Важнейшая особенность дисперсного состояния вещества состоит в том, что энергия системы главным образом сосредоточена на поверхности раздела фаз. Диспергирование (измельчение) вещества приводит к возникновению избытка свободной энергии поверхностных слоев, т. е. тонких слоев вещества на границе соприкосновения тел (сред, фаз). Особые свойства поверхностных слоев отражаются в п ов е рхностных явл е ниях. Раздел химии, в котором изучаются дисперсные системы и поверхностные явления называется коллоидной химией.

В коллоидной химии изучаются такие явления, как адгезия, адсорбция, смачивание, коагуляция, электрофорез. Разрабатываются технологии строительных материалов, бурения горных пород, зол-гель технологии. Коллоидная химии играет фундаментальную роль в нанотехнологии.

Данные методические указания направлены на ознакомление с классификацией дисперсных систем, а также со строением и свойствами коллоидных растворов.

Дисперсные системы – это системы, в которых мелкие частицы вещества, или дисперсная фаза, распределены в однородной среде (жидкость, газ, кристалл), или дисперсионной фазе (дисперсионной среде) (рис.1.1).

Рис.1. Дисперсная система

Существует несколько различных классификаций дисперсных систем: 1) по размеру частиц, 2) по фазовому состоянию дисперсной фазы и дисперсионной среды, 3) по характеру взаимодействия частиц дисперсной фазы с веществом дисперсионной среды, 4) по термодинамической и кинетической устойчивости дисперсных систем и т.п.

1) Размер частиц дисперсной фазы характеризуется дисперсностью.Cтепень раздробленности вещества дисперсной фазы называется степенью дисперсности D:.

D = 1/ a см^-1…………........................................(1),

где a – размер дисперсных частиц. Под a понимается либо диаметр сферических или волокнистых частиц, либо длина ребра кубических частиц, либо толщине пленок.

Степень дисперсности численно равна числу частиц, которые можно плотно уложить в ряд на протяжении одного сантиметра.

Чем больше степень дисперсности, тем меньше размер частиц.

В зависимости от дисперсности дисперсные системы можно разделить на высокодисперсные, или собственно коллоидные, и низкодисперсные (грубодисперсные).

Высокодисперсные системы в зависимости от размера частиц подразделяют на ультрамикро- и микрогетерогенные системы

Таблица 1.

Классификация дисперсных систем в зависимости от размера частиц дисперсной фазы

Название	Размер частиц, м
Ультрамикрогетерогенные	10^−9…10^−7
Микрогетерогенные	10^−7…10^−5
Грубодисперсные	более 10^−5

Ультрамикрогетерогенные системы также называют коллоидными или золями. В зависимости от природы дисперсионной среды, золи подразделяют на твёрдые золи, аэрозоли (золи с газообразной дисперсионной средой) и лиозоли (золи с жидкой дисперсионной средой).

К микрогетерогенным системам относят суспензии, эмульсии, пены и порошки. Наиболее распространёнными грубодисперсными системами являются системы «твёрдое — газ», например, песок.

Размер частиц высокодисперсных систем как минимум, на порядок больше размера частиц в истинных растворах (т.е. растворах, в которых частицы не могут быть обнаружены оптическим путем). В ионных растворах размер частиц менее 1×10⁻⁹ м, частицы в таких растворах невозможно обнаружить оптическими методами; в то время как в коллоидных растворах с размером частиц 1×10⁻⁹ м — 5×10⁻⁷ м их можно обнаружить при помощи ультрамикроскопа (эффект Тиндаля).

Системы с одинаковыми по размерам частицами дисперсной фазы называются монодисперсными, а с неодинаковыми по размеру частицами — полидисперсными. Как правило, окружающие нас реальные системы полидисперсны.

2) Наиболее общая классификация дисперсных систем основана на различии в агрегатном состоянии дисперсионной среды и дисперсной фазы.

Таблица 2. Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию дисперсионной среды и дисперсной фазы.

Дисперс- ная фаза	Дисперсионная среда	Обоз-на-чение	Название системы	Примеры
Газ	Газ	г/г	(Дисперсная система не образуется.)–
Жидкость	г/ж	Газовая эмульсия и пена	Газированная вода, пузырьки газа в жидкости, мыльная пена
Твердое тело	г/т	Твердая пена (пористое тело)	Пенопласт, микропористая резина, пемза, хлеб, сыр
Жидкость	Газ	ж/г	Жидкая арозоль	Туман, облака, струя из аэрозольного баллона
Жидкость	ж/ж	Эмульсия	Молоко, сливочное масло, майонез, крем, мазь, нефть
Твердое тело	ж/т	Твердая эмульсия (капиллярная система)	Жемчуг, опал, жидкость в пористых телах, грунт, почва
Твердое тело	Газ	т/г	Аэрозоль, порошок	Пыль, дым, мука, цемент
Жидкость	т/ж	Суспензия, золь (коллоидный раствор) гель, паста	Глина, паста, ил, жидкие смазочные масла с добавкой графита или MoS
Твердое тело	т/т	Твердый золь (Твёрдые гетерогенные системы)	Сплавы, бетон, цветные стекла, минералы, композиционные материалы

3) Большая поверхность раздела фаз вызывает сильное взаимодействие частиц дисперсной фазы с дисперсионной средой, которое приводит к тому, что частицы дисперсной фазы окружаются молекулами и ионами дисперсионной среды (растворителя) или же приобретают довольно значительный электрический заряд.

По силе взаимодействия дисперсной фазы с дисперсионной средой коллоидные системы разделяют на лиофильные (от греч. – растворяю, – люблю) и лиофобные (от греч. – страх). Эти названия указывают на то, что в лиофильных коллоидных системах взаимодействие частиц с веществом дисперсионной среды сильнее, чем в лиофобных.

Дата добавления: 2015-07-02