Системы с твердой дисперсионной средой

Наиболее распространенными в природе и технике являются системы с твердой дисперсионной средой. В них газовые, жидкостные или твердые включения распределены в объеме твердой фазы и составляют дисперсную фазу. В результате образуются дисперсные системы типа: газ в твердом (Г/Т), жидкость в твердом (Ж/Т) и твердое в твердом (Т/Т).

Образование дисперсных систем с твердой дисперсионной средой часто является результатом протекания в системе структуро-образования, при котором она превращается в материал с ценными свойствами. Приобретение новых свойств дисперсными системами лежит в основе методов получения твердых материалов и определяется процессами отвердевания систем с газообразной или жидкой дисперсионными средами. Все системы с твердой дисперсионной средой относятся к связнодисперсным системам, поэтому их можно рассматривать как системы, имеющие бесконечно большую вязкость дисперсионной среды. В таких системах процессы коагуляции, связанные со снижением поверхностной энергии, протекают очень медленно и имеют форму перекристаллизации, или изотермической перегонки.

Системы типа Г/Т бывают грубо- и высокодисперсными. К ним относятся пемзы, губки, пенопласты, пеностекло, пенобетон и т.д. Они легки, прочны, плохо проводят тепло, поэтому могут служить строительными и термоизоляционными материалами. Их часто называют твердыми пенами. Высокодисперсные пористые материалы являются эффективными адсорбентами.

По аналогии с эмульсиями, системы с жидкой дисперсной фазой
и твердой дисперсионной средой (Ж/Т) иногда считают твердыми эмульсиями. Они очень важны для существования живых организмов. В таких системах жидкостные включения образуют непрерывную систему взаимосвязанных прослоек и каналов. Это – ткани растений и животных, живые клетки, а также почва, грунт, бумага, продукты питания и др.

Наибольшее значение имеют системы Т/Т. К ним относятся горные породы, металлические сплавы, пластмассы, драгоценные камни, эмали. Например, драгоценные камни – это дисперсия различных окислов в кварце или кристаллическом глиноземе (SiO₂). Цветные стекла, например рубиновые, изготовленные еще М. В. Ломоносовым, представляли собой дисперсию золота в стекле. Эмали – это легкоплавкие стекла с различными диспергированными пигментами. Металлические сплавы – важный класс дисперсных систем Т/Т, механические свойства которых в значительной мере зависят от строения, отвечающего различной степени раздробленности дисперсной фазы. Например, аустенит – это истинный твердый раствор, мартенсит – ультрамикрогетерогенная система, перлит – микрогетерогенная система. Для систем Т/Т, из всех наиболее типичных свойств, лучше всего выражена способность к све-торассеиванию. Даже термин опалесценция произошел от названия минерала опал, обладающего сильно выраженной способностью рассеивать свет.

Вопросы и задания для самоконтроля

10. Какие системы называются суспензиями? В чем состоит их принципиальное отличие от лиофобных золей?

11. Приведите примеры распространения суспензий в природе и технике. Практическое значение суспензий.

12. Классификация эмульсии в зависимости от концентрации дисперсной фазы.

13. Дайте понятие эмульгаторы. Какие по природе вещества применяются в качестве эмульгатора. Влияние природы и концентрации эмульгатора на агрегативную устойчивость эмульсии.

14. Какие системы называются пенами? Как они обозначаются? Что называется кратностью пены? Практическое применение пен.

15. Какие системы называются аэрозолями, как они обозначаются? По каким признакам и как классифицируют аэрозоли?

16. Какими методами может осуществляться разрушение аэрозолей?