Оптические и молекулярно-кинетические свойства дисперсных систем
Классификации дисперсных систем
Дисперсные системы – гетерогенные двух- или многофазовые системы, состоящие из частиц дисперсной фазы и окружающей их дисперсионной среды.
Глава 8. ДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ
Наука, изучающая свойства веществ в дисперсном состоянии и явления на поверхности раздела фаз – коллоидная химия.
I. По размеру частиц дисперсной фазы дисперсные системы делят на коллоидно-дисперсные (коллоидные) системы (размеры частиц 10–7–10–9 м) и грубо-дисперсные системы (размеры частиц порядка 10–7 м и более). Количественной характеристикой дисперсности (раздробленности) вещества является степень дисперсности – величина, обратная размеру дисперсных частиц.
II. В зависимости от агрегатного состояния дисперсной фазы и дисперсионной среды (Т, Ж, Г – соответственно твердое, жидкое и газообразное состояние) выделяют следующие основные типы:
| Дисперсная фаза | Непрерывная фаза (дисперсионная среда) | Обозна-чение | Примеры |
| Системы с жидкой дисперсионной средой | |||
| Твердая | Жидкая | Т/Ж | высокодисперсные золи(краски), связанодисперсные системы или гели (желе, агар-агар) и суспензии или взвеси |
| Жидкая | Жидкая | Ж1/Ж2 | эмульсии (нефть, молоко, майонез, водоэмульсионные краски) |
| Газообразная | Жидкая | Г/Ж | пены (мыльная пена, взбитые сливки) |
| Системы с газообразной дисперсионной средой или аэрозоли | |||
| Твердая | Газообразная | Т/Г | дым, пыль |
| Жидкая | Газообразная | Ж/Г | туман, облака |
| Системы с твердой дисперсионной средой | |||
| Твердая | Твердая | Т1/Т2 | горные породы, сплавы, цветные стекла |
| Газообразная | Твердая | Г/Т | твердые пены (пенопласты, пенобетон, пемза, шлак, хлебобулочные изделия) |
| Жидкая | Твердая | Ж/Т | масло, жемчуг, клетки живых организмов |
III. По природе устойчивости и интенсивности межмолекулярных взаимодействий на границе раздела фаз выделяют лиофильные (термодинамически устойчивые) и лиофобные (кинетически устойчивые)системы. В лиофильных системах частицы прочно связывают значительное количество молекул дисперсионной среды и при выделении удерживают их образуя гели; в лиофобных – подобного взаимодействия не наблюдается. И обычно они выпадают в виде порошкообразных продуктов.
IV. В зависимости от отсутствия или наличия взаимодействия между частицами дисперсной фазы дисперсные системы могут быть свободнодисперсными (аэрозоли, золи, разбавленные суспензии и эмульсии; они текучи) и связанодисперсными (гели; они тредрообразны).
Оптическое свойство коллоидных систем – опалесценция, т.е. рассеивание света малыми частицами, приводящее, в частности, к возникновению эффекта Фарадея-Тиндаля – луч света в дисперсной системе становится видимым.
Молекулярно-кинетические свойства – диффузия, броуновское движение, седиментация связанны с хаотическим тепловым движением частиц.
Броуновское движение – беспорядочное движение частиц. А.Эйнштейн и независимо от него М. Смолуховский развили молекулярно-статистическую теорию броуновского движения, доказав, что оно является отражением теплового, хаотичного движения молекул дисперсионной среды. Интенсивность движения возрастает с повышением температуры, уменьшением размеров частиц и вязкости среды.
Диффузия – самопроизвольный процесс перемещения вещества, приводящий к выравниванию его концентрации. Скорость диффузии при постоянных температуре и вязкости среды зависит от величины и формы частиц. Особые формы диффузии – осмос и диализ. Осмос – диффузия частиц растворителя через полупроницаемую мембрану. Диализ – диффузия частиц растворенного вещества через полупроницаемую мембрану.
Седиментация – свободное оседание частиц в вязкой среде под действием гравитационного поля. Седиментируют только достаточно крупные частицы. Закон Стокса:скорость оседания прямо пропорциональна ускорению гравитационного поля Земли, разности плотностей частиц и окружающей среды, квадрату радиуса оседающих сферических частиц и обратно пропорциональна вязкости среды.