Специфические особенности высокодисперсных систем

К специфическим особенностям высокодисперсных систем относятся:

Избыточная поверхностная энергия ( G ^s ). При увеличении дисперсности резко увеличивается удельная поверхность дисперсной фазы, т.е. большая часть всех молекул или атомов, составляющих вещество, находится на поверхности раздела фаз. Эти поверхностные молекулы отличаются от молекул, находящихся внутри фазы по своему энергетическому состоянию, т.к. находятся в несимметричном силовом поле, что приводит к возникновению избыточной поверхностной энергии. Существование избыточной поверхностной энергии обуславливает все многообразие высокодисперсных систем. Избыточную поверхностную энергию можно вычислить:

, (1.2)

где σ – поверхностное натяжение; s – площадь межфазной поверхности.

Термодинамическая неустойчивость. Избыток свободной поверхностной энергии делает типичные высокодисперсные системы термодинамическими неустойчивыми. Для них характерны самопроизвольные процессы, снижающие этот избыток путем уменьшения дисперсности. При этом система, оставаясь неизменной по химическому составу, изменяет энергетические характеристики и, следовательно, коллоидно-химические свойства.

Невоспроизводимость (индивидуальность). Поверхность реальной частицы твердого тела состоит из выступов, впадин, участков различной кривизны с различными значениями поверхностной энергии G^S. Поэтому две системы одного и того же состава с одинаковой удельной поверхностью могут быть энергетически неравноценны.

Структурообразование. Любая система стремится к образованию ориентированных структур, чтобы быть термодинамической устойчивой.

Неодинаковость, неоднозначность молекул одного химического состава, связанная с существованием поверхности раздела, предопределяет огромное своеобразие свойств дисперсных систем. Увеличение удельной поверхности с ростом дисперсности и возрастание роли поверхностных явлений – основа единства рассмотрения дисперсных систем и поверхностных явлений.

Таким образом, основная и важнейшая особенность коллоидного состояния заключается в том, что значительная доля всей массы и свободной энергии системы сосредоточены в межфазных поверхностных слоях.