Дисперсные системы¶

Дисперсная система — гетерогенная (неоднородная) система, состоящая из двух и более фаз, одна из которых (дисперсная фаза) распределена в другой (дисперсионной среде) в виде частиц размером от 1 нм до 1 мкм. Термин ввёл в научный оборот в 1864 году шотландский химик Томас Грэм, изучавший диффузию и проницаемость полупроницаемых мембран. Дисперсные системы играют ключевую роль в химии, физике, биологии, медицине, пищевой промышленности и материаловедении.

¶Классификация

Дисперсные системы классифицируют по нескольким признакам.

¶По агрегатному состоянию фаз

¶По размеру частиц

• Грубодисперсные системы — размер частиц более 100 нм (суспензии, эмульсии, пены).
• Коллоидные системы — размер частиц от 1 до 100 нм (золи, гели, мыло в воде).
• Молекулярно-дисперсные системы — истинные растворы, где частицы имеют размер менее 1 нм.

¶Основные свойства

¶Кинетические свойства

Кинетические свойства обусловлены хаотическим движением частиц (броуновским движением) и проявляются в диффузии — самопроизвольном переносе вещества из области повышенной концентрации в область пониженной. Диффузия в дисперсных системах идёт значительно медленнее, чем в истинных растворах, из-за больших размеров частиц.

¶Оптические свойства

Частицы коллоидного размера рассеивают свет, что проявляется в эффекте Тиндаля — появлении видимого светового конуса в луче, проходящем через коллоидный раствор. Этот эффект позволяет отличить коллоидный раствор от истинного.

¶Электрические свойства

Частицы дисперсной фазы, как правило, несут электрический заряд, обусловленный адсорбионным ионным слоем. Одноимённо заряженные частицы отталкиваются, что препятствует их агрегации и обеспечивает устойчивость системы. Явление электрокинетических эффектов (электрофореза и электроосмоса) позволяет управлять перемещением частиц под действием внешнего электрического поля.

¶Поверхностные свойства

Дисперсные системы обладают развитой поверхностью раздела фаз, что обуславливает высокую адсорбционную способность. Именно поэтому коллоидные частицы могут связывать ионы, молекулы красителей и другие вещества из окружающей среды.

¶Стабилизация дисперсных систем

Устойчивость дисперсных систем обеспечивается двумя основными механизмами:

1. Электростабилизация — за счёт отталкивания одноимённо заряженных частиц.
2. Стабилизация защитным слоем — за счёт адсорбции на поверхности частиц поверхностно-активных веществ (ПАВ) или полимеров, образующих барьер против слипания.

При нарушении баланса сил происходит коагуляция (слипание частиц с образованием крупных агрегатов) или коалесценция (слияние капель эмульсии). Коагуляция может быть обратимой (пептизация) и необратимой.

¶Области применения

Дисперсные системы широко распространены в природе и технике:

• Пищевая промышленность — молоко (эмульсия жира в воде), майонез, сливки, тесто.
• Медицина и фармация — кровь как коллоидная система, лекарственные формы (суспензии, эмульсии, липосомы).
• Строительные материалы — цементные суспензии, бетон, краски и лаки.
• Металлургия — шламы, суспензии руды, сплавы.
• Сельское хозяйство — почвенные коллоиды, пестицидные суспензии.
• Химическая промышленность — производство резины, пластмасс, каучука, сажи.

¶Дисперсные системы в природе

Природные дисперсные системы включают почву (механическая смесь частиц различного размера), природные воды (содержат коллоидные частицы глинистых минералов и органических веществ), атмосферные аэрозоли (пыль, пыльца, морской туман), а также биологические жидкости организма — кровь, лимфу, слюну.

¶Методы получения

Основные способы получения дисперсных системы делятся на две группы:

• Дисперсионные методы — измельчение крупных частиц (механическое размельчение, ультразвуковая обработка, конденсация из пара).
• Конденсационные методы — наращивание частиц из молекул, ионов или атомов (химические реакции с образованием нерастворимого вещества, изменение температуры, удаление растворителя).

Исторически первые коллоидные системы получены в XIX веке при изучении свойств геля кремнезёма и желатина.

Источники:

• Глущенко Н. П., Ткачук Ф. П. Общая химия. — Киев: Вища школа.
• Кучеренко В. Ф. Общая химия. — Киев: Вища школа.
• Гурьев П. А. Коллоидная химия. — М.: Высшая школа.
• Фрумкин А. Н. Избранные труды. Поверхностные явления. — М.: Наука.
• Синяков А. Ф. Коллоидная химия. — М.: Академия.