Получение коллоидно-дисперсных систем

Классификация дисперсных систем

Дисперсные системы представляют собой гетерогенную систему, в которой одно вещество в более или менее раздробленном состоянии равномерно распределено в массе другого вещества. Раздробленное вещество в этом случае называется дисперсной фазой, а среда, в которой оно распределено – дисперсионной средой. Например, взмученная в воде глина состоит из взвешенных мелких частиц глины – дисперсной фазы и воды – дисперсионной среды.

Дисперсные системы характеризуются степенью дисперсности – величиной обратной величине размера (диаметра) дисперсных частиц. Чем больше размер частиц, тем меньше степень дисперсности.

Дисперсные системы классифицируются по следующим признакам: по степени дисперсности (или размеру частиц); агрегатному состоянию дисперсной фазы и дисперсионной среды; интенсивности взаимодействия частиц на поверхности раздела между фазами.

Рассмотрим классификацию по степени дисперсности (или размеру частиц). В зависимости от размера частиц (степени дисперсности) все дисперсные системы делятся на три группы:

1) грубодисперсные или микрогетерогенные системы, имеющие размер частиц 10^-5 – 10^{-7 м и более. Такие системы гетерогенны, неустойчивы, не проходят через тонкие бумажные фильтры; сравнительно быстро оседают (или всплывают); не диализируют и не диффундируют, видимы в обычный микроскоп. Примеры: суспензии, эмульсии, пены;}

2) полидисперсные или ультрамикрогетерогенные системы, имеющие размер 10^-7 – 10^{-9 м. Такие системы гетерогенны, довольно устойчивы, проходят через самые тонкие фильтры, но задерживаются в ультрафильтрах, заметно не оседают, не диализируют и очень слабо диффундируют, невидимы в обычный микроскоп, но обнаруживаются при помощи ультрамикроскопа. Примеры: коллоидные системы (золи);}

3) истинные или молекулярные растворы, имеющие размер частиц менее 10^{-9 м. Эта группа делится на две подгруппы: растворы высокомолекулярных соединений (ВМС) и растворы низкомолекулярных соединений (НМС). Такие системы гомогенны, довольно устойчивы, образуются путем самопроизвольного растворения, проходят через все фильтры; не оседают, хорошо диализируют и диффундируют, не обнаруживаются и в ультрамикроскопе.}

Суспензии – это грубодисперсные системы, в которых дисперсная фаза состоит из твердых частиц, взвешенных в жидкой среде. Для получения стабильной суспензии вводят подходящий стабилизатор – различные поверхностно-активные вещества (ПАВ).

Эмульсии – это грубодисперсные системы, которые состоят из двух несмешивающихся жидкостей. В качестве стабилизатора используют эмульгаторы: органические кислоты, спирты и др. ПАВ.

Пены – это грубодисперсные системы газов (или воздуха) в жидкости. В качестве стабилизатора применяют пенообразователи: мыло, органические кислоты, спирты и др. ПАВ.

Классификация по отсутствию или наличию взаимодействия между частицами в дисперсной фазе делит дисперсные системы на две группы:

1) свободнодисперсные системы, в которых частицы дисперсной фазы не связаны между собой и могут свободно перемещаться по дисперсионной среде (суспензии, эмульсии, золи и др.);

2) связнодисперсные системы, в которых частицы дисперсной фазы закреплены в определенных точках пространства и не могут свободно перемещаться по дисперсионной среде: твердые пены, студни, твердые растворы.

Классификация по степени взаимодействия дисперсной фазы и дисперсионной среды делит дисперсные системы на две группы:

1) лиофильные (гидрофильные) растворы – системы, в которых частицы фазы взаимодействуют со средой – растворы мыл, некоторых белков, полисахариды, латекс;

2) лиофобные (гидрофобные) растворы – системы, в которых частицы фазы и среды не взаимодействуют – коллоидные растворы (гидрозоли), эмульсии масел в воде. (В переводе с греческого «лио» – растворитель; «филе» – люблю; «фоба» – ненавидеть).

Классификация по агрегатному состоянию фазы и среды включает восемь типов систем (табл. 7.7).

Размеры коллоидных частиц настолько велики по сравнению с молекулами дисперсионной среды, что между ними образуется поверхность раздела, т. е. коллоидные системы гетерогенны и их получение возможно при соблюдении следующих условий:

1) размеры частиц данного вещества должны быть доведены до коллоидных размеров (10^-7 – 10^{-9 м), что возможно методом раздробления (дисперсионные методы) или укрупнением молекул, атомов или ионов до частиц коллоидного размера (конденсационные методы);}

2) необходимо присутствие стабилизаторов (ионов электролитов, которые на поверхности коллоидной частички образуют ионно-гидратную оболочку, препятствующую слиянию частиц при их взаимном столкновении в растворе);

3) коллоидные частицы (дисперсная фаза) должны обладать плохой растворимостью в дисперсионной среде, хотя бы в момент их получения.