18.1 Класифікація дисперсних систем

Дисперсні системи – це системи, в яких одна з речовин знаходиться в подрібненому стані, тобто розподілена в гомогенному середовищі у вигляді часточок певного розміру. Сукупність часточок називають дисперсною фазою, а середовище, в якому вони розподілені – дисперсійним середовищем.

Фаза вважається дисперсною, якщо речовина, що її складає, подрібнена, хоча б в одному напрямку. Якщо вона подрібнена по висоті, то утворюються плівки (тканини, пластини). Якщо речовина подрібнена по висоті і ширині, то утворюються волокна, нитки, капіляри. Нарешті, якщо речовина подрібнена по всім напрямкам, то утворюються порошки, суспензії і т.д.

Дисперсні системи за розмірами часточок поділяються на: грубо-дисперсні (а  100 нм); колоїднодисперсні (а = 1...100 нм); молекулярно-дисперсні (а 1 нм), де а – розмір часточок.

Дисперсні системи класифікують також за агрегатним станом. Відповідна класифікація наведена в табл. 18.1, де агрегатний стан речовин позначено літерами: Г – газоподібний, Р – рідкий і Т – твердий.

За інтенсивністю взаємодії між часточками дисперсної фази і молекулами середовища дисперсні системи поділяють на ліофобні і ліофільні. У ліофільних системах молекули середовища інтенсивно взаємодіють з часточками дисперсної фази, утворюючи навколо них сольватні оболонки. До ліофільних систем відносять розчини ПАР, харчових барвників, танідів.

У ліофобних золях міжмолекулярна взаємодія незначна. До таких систем відносять розбавлені розчини малорозчинних солей, оксидів і гідроксидів.

18.2 Методи одержання дисперсних систем

Дисперсні системи одержують двома методами: шляхом подрібнення речовин – методами диспергування або шляхом об'єднання молекул та іонів у часточки колоїдного ступеню дисперсності – методами конденсації.

Механічне диспергування полягає в розмелюванні речовини, що буде утворювати дисперсну фазу системи. Для цього застосовують млини різних типів. Електричне диспергування застосовують для добування ліофобних золів металів. Електроди з металу, золь якого мають добути, занурюють у рідину і подають на них напругу. Виникає "вольтова дуга", в зоні дії якої від електродів відриваються шматочки металу, які розподіляючись в рідкому середовищі утворюють золь. Ультразвукове диспергування – метод руйнування неміцних речовин типу крохмалю, або желатини. Механізм дії ультразвуку полягає в тому, що звукові хвилі створюють в об’ємі речовини порожнини, які почергово стикаючись і розширюючись призводять до подрібнення матеріалу.

Конденсаційні методи поділяються на фізичні і хімічні. До фізичних відносять методи конденсації пари і заміни розчинника. Метод конденсації пари призводить до утворення аерозолів, якщо під час зниження температури тиск пари над рідиною стає вище її насиченого тиску. При цьому в газовій фазі виникає нова фаза – туман. Методом заміни розчинника утворюють ліозолі шляхом додання до розчину іншого розчинника, в якому розчинена речовина погано розчиняється. Метод хімічної конденсації зводиться до утворення під час перебігу хімічних реакцій малорозчинних речовин, молекули яких злипаються між собою, утворюючи колоїдні часточки.

Таблиця 18.1 – Класифікація дисперсних систем

Дисперсна фаза	Дисперсійне середовище	Назва системи	Приклади
Г	Г	Гомогенна	Суміш газів, повітря
Г	Р	Рідка піна	Мильна або пивна піна
		Газова емульсія	Газовані напої
Г	Т	Тверда піна	Зефір, пемза, хліб
Р	Г	Аерозоль	Туман, хмари
Р	Р	Емульсія	Молоко, м’ясний бульйон
Р	Т	Тверда емульсія	Бісквіт, вологий ґрунт
Т	Г	Аерозоль	Дим або пил у повітрі
Т	Р	Суспензія, золь	Пісок або мул у воді
Т	Т	Твердий золь	Сплави металів, емалі

18.2 Методи очистки золів

Золі часто містять небажані низькомолекулярні домішки, які призводить до їх руйнації. Існують такі методи очистки золів від домішок.

Діаліз – процес очищення золів від низькомолекулярних сполук за допомогою напівпроникних мембран, крізь які вільно проходять молекули та іони, але затримуються більші за розміром часточки дисперсної фази. Електродіаліз – процес очистки золів від електролітів. Електродіалізатор складається з трьох частин: двох бічних і однієї середньої, якi відокремлюють мембранами. У бічних частинах розміщені електроди і циркулює вода. Золь розміщують в середній частині, де знаходиться мішалка. Під час проходження електричного струму іони, від яких очищують золь, переміщуються до відповідних електродів, проходять через мембрану і виносяться водою. Ультрафільтрація – процес поділу дисперсних систем на окремі фази. Мембрани при цьому закріплюють на твердій поруватій підкладці в ультрафільтрах. Під фільтром створюють розрідження або діють тиском на золь. Тому мембрани повинні бути міцними та інертними до компонентів золю.