Типы гетерогенных дисперсионных систем
Лекция 10. Дисперсные системы. Поверхностные явления
Ключевые слова: дисперсионная среда, дисперсная фаза, адсорбция, поверхностно-активные вещества (ПАВ).
Дисперсные системы – гетерогенные системы, состоящие из сплошной непрерывной фазы – дисперсионной среды - и находящихся в ней раздробленных частиц того или иного размера и формы – дисперсной фазы.
Количественной характеристикой дисперсности (раздробленности) вещества является степень дисперсности (Д): Д = 1/a, где a– размеры частиц.
По степени дисперсности все дисперсные системы можно разделить на три группы:
1. Грубодисперсные (взвеси) – размеры частиц 10-5-10-7 м.
2. Коллоидные растворы (золи) – размеры частиц 10-7-10-9 м.
3. Истинные растворы – размеры частиц менее 10-9м.
Трем возможным агрегатным состояниям дисперсной фазы и дисперсионной среды соответствуют следующие типы гетерогенных дисперсионных систем.
(классификация по агрегатным состояниям)
| Агрегатное состояние дисперсионной среды | Агрегатное состояние дисперсной фазы | ||
| газообразное | жидкое | твердое | |
| Газообразное | - | Г-Ж (туман) | Г-Т (дымы, пыли) |
| Жидкое | Ж-Г (пены) | Ж1-Ж2 (эмульсии) | Ж-Т (суспензии) |
| Твердое | Т-Г (твердые пены) | Т-Ж | Т1-Т2 |
Таким образом, дисперсные системы – гетерогенные системы. В системах Ж-Г, Ж-Т, Г-Т и других каждая фаза ограничена внешней поверхностью. Состояние вещества у поверхности раздела соприкасающихся фаз отличается от его состояния внутри этих фаз. Это различие вызывает особые поверхностные явления на границе раздела фаз.
Чем больше поверхность раздела между фазами (или поверхность единицы объема системы), тем больше ее избыточная свободная энергия, сконцентрированная на поверхности раздела фаз. Следовательно, все дисперсные и особенно коллоидные системы обладают большим запасом, или избытком, свободной энергии, сконцентрированным на поверхности дисперсной фазы, чем обычные массивные тела. Условием устойчивого равновесия системы является минимум свободной энергии. Системы с большим запасом свободной энергии неравновесны, термодинамически неустойчивы, в них будут самопроизвольно протекать процессы, сопровождающиеся уменьшением запаса свободной энергии, которая всегда стремится к минимальному значению.
Одним из таких самопроизвольных процессов, протекающих на границе раздела двух фаз и приводящих к снижению поверхностного натяжения, является адсорбция.
Изменение концентрации газообразного или растворенного вещества на границе раздела фаз – на поверхности твердого тела или жидкости – называется адсорбцией.
Повышение концентрации на границе раздела фаз есть положительная адсорбция. Растворенные вещества, понижающие поверхностное натяжение растворителя, называются поверхностно-активными (ПАВ), а повышающие – поверхностно-инактивными.
Одно и то же поверхностно-активное вещество может гидрофобную жидкость делать гидрофильной, а гидрофильную превращает в гидрофобную (рисунок).
.
а б
Ориентация молекул поверхностно-активных веществ на границе:
а – вода – масло; б – масло-вода
Вещество, поглощающее своей поверхностью молекулы или ионы других веществ, называется адсорбентом. Адсорбируемое вещество называется адсорбтивом:
адсорбция
адсорбент + адсорбтив адсорбат
десорбция
В некоторых случаях поглощение, начавшееся на поверхности, распространяется вглубь поглотителя. Такой процесс называется абсорбцией.
Общий термин для всех явлений, связанных с поглощением – сорбция. Следовательно, адсорбция и абсорбция представляют собой частные случаи сорбции. Абсорбция – явление объемное, а адсорбция – чисто поверхностное. Сорбция может ограничиваться либо только взаимодействием за счет физических (ван-дер-ваальсовых) сил, либо одновременно сопровождается образованием нового вещества за счет проявления валентных (химических) сил (хемосорбция).
Контрольные вопросы:
1. Что такое дисперсные системы?
2. Что является дисперсионной средой и дисперсной фазой в тумане?
3. Какой процесс называют адсорбцией?
4. Что такое ПАВ?
Список рекомендуемой литературы:
1. Глинка Н.Л. Общая химия: учеб. пособие для вузов / Н.Л. Глинка. - М.: КНОРУС, 2009. - С. 314 - 351.
2. Коровин Н.В. Общая химия: учебник для технических направл. и спец. вузов - 7-е изд., испр. - М.: Высшая школа, 2006. - С. 243 - 250.
Е.А. Буйлова, Д.Р. Галиева