Что такое дисперсные системы

Что такое дисперсные системы

Что такое дисперсные системыПри изучении тех или иных свойств и явлений исследуемый объект обычно ставят в определенные условия и ограничивают мысленно пространство, в котором происходит данный процесс или проявляется данное свойство. Эта мысленная граница позволяет выделить из окружающего нас материального мира некоторую систему и сконцентрировать на ней свое внимание. Система, в которой происходят или могут произойти химические или физико-химические превращения, называется химической. Если отдельные компоненты ее отличаются по своим свойствам и при этом отделены друг от друга некоторой поверхностью раздела, то химическая система называется неоднородной или гетерогенной, например суспензия песка в воде. Свойства песчинок отличаются от свойств воды и между каждой песчинкой и водой существует поверхностная граница.

Смесь воды со льдом—тоже гетерогенная система, хотя она образована одними и теми же молекулами. В кусочках льда молекулы Н2О занимают узлы кристаллической решетки и совершают колебательные движения около положения равновесия; в структуре жидкой воды строгий порядок отсутствует. Лед и вода отличаются по свойствам и отделены друг от друга поверхностью раздела.

Раствор хлорида натрия в воде является примером однородной, или гомогенной, системы. Между отдельными компонентами этого раствора (молекулами Н2О, гидратированными ионами Na+, Сl, Н3О+ и ОН+) отсутствует четкая поверхность раздела. Однако однородность гомогенной системы — относительное понятие.

При ближайшем рассмотрении всякая такая система вызывается в действительности неоднородной. Так, в Жидкой воде наряду с отдельными молекулами Н2O имеются ассоциаты состава (Н2О)х; кристалл хлорида натрия содержит дефекты кристаллической решетки; чистая безводная серная кислота состоит из агрегатов (H2SO4)y переменного состава и, кроме того, диссоциирует по схеме:

2SO4⇄Н3SO4+HSO4 ⇄ H3O+ + HS2O7

Траких примеров можно привести очень много. Однако, характеризуя систему как гомогенную, мы отвлекаемся от тех неоднородностей в ней, которые не оказывают существенного влияния на изучаемые в данный момент свойства. Гомогенная часть химической системы, отделенная от других ее частей замкнутой поверхностью раздела, называется фазой. В гетерогенной системе «суспензия песка в воде» две фазы: одну составляют песчинки, а другую — вся масса воды. Двухфазными являются так же системы «вода — пар», «осадок — раствор», «смесь красного и белого фосфора». Любая гомогенная система по определению однофазна.

Систему, состоящую из относительно маленьких по размеру частиц, распределенных в какой-либо среде, называют дисперсной (раздробленной). Это обычные и коллоидные растворы, взвеси, эмульсии, пены. Распределенное вещество называется дисперсной фазой, а среда — дисперсионной средой.

Классификация дисперсных систем

В зависимости от размера частиц дисперсной фазы дисперсные системы принято разделять на три большие группы: истинные растворы, коллоидные растворы и грубодисперсные системы (табл. 11). Резкой границы между этими группами не существует; они непрерывно переходят друг в друга. В грубодисперсных системах частицы дисперсной фазы быстро оседают (или всплывают) в гравитационном поле Земли, полностью задерживаются бумажным фильтром и хорошо видны в микроскоп. Коллоидные частицы практически не оседают, задерживаются только специальными ультрафильтрами (целлофан, пергамент) и не видимы в обычный оптический микроскоп. Истинные растворы однородны и свободно проходят без изменения состава через любые фильтры.

Таблица 11

Классификация дисперсных систем по размеру частиц дисперсной фазы

Название системы Примеры Размер частиц дисперсной

фазы, м

Грубо дисперсная Суспензии, эмульсии, взвеси 10-6
Высокодисперсная (коллоидный

раствор)

Раствор белка в воде 10-7—10-8
Ультрадисперсная (истинный раствор) Раствор хлорида натрия в воде 10-9

Таблица 12

Изменение удельной поверхности твердого тела при измельчении

Длина ребра, м Число кубиков Общая поверхность, м2
1•10-2 1 6•10-4
1•10-3 103 6•10-3
1•10-4 106 6•102 Грубо дисперсные системы
1•10-5 109 0,6 Грубо дисперсные системы
1•10-6 1012 6
1•10-7 1015 60 Коллоидные растворы
1•10-8 1018 6•102 Коллоидные растворы
1•10-9 Поверхность Истинные растворы
1•10-10 раздела исчезает

Дисперсность системы можно количественно охарактеризовать величиной удельной поверхности S частиц дисперсной фазы, представляющей собой отношение общей поверхности этих частиц (So) к их суммарному объему V:

Дисперсность системы

Для кубических частиц = 6l2/l3 = 6/l (l — длина ребра куба), а для сферических—S = 4πr2/(4/3)πr3 = 3/r=6/d (rрадиус частицы, — ее диаметр), откуда следует, что удельная поверхность возрастает обратно пропорционально линейному размеру частиц. В коллоидной области она достигает очень больших значений (табл. 12). Например, для вещества, раздробленного на кубики с длиной ребра 1 • 10-8 м, величина S составляет 600 м2 на 1 см3 дисперсной фазы.

Статья на тему Что такое дисперсные системы