8. Дисперсные системы. Растворы

8.1. Дисперсные системы и их классификация

В лабораториях и промышленности чаще всего имеют дело не с индивидуальными веществами, а с гомогенными или гетерогенными смесями двух или более веществ.

Системы, в которых одно или несколько веществ в виде мелких частиц распределены в другом веществе, называют дисперсными. Дисперсные системы состоят из дисперсионной среды и дисперсной фазы. Дисперсионная среда – вещество, образующее сплошную непрерывную фазу, в которой происходит распределение другого вещества в виде раздробленных частиц того или иного размера – (дисперсной фазы).

Вещество, которое распределяется в дисперсионной среде, называется дисперсной фазой (понятие «фаза» здесь не строгое).

Существуют две классификации дисперсных систем:

• по размеру распределяемых частиц;

• по агрегатному состоянию дисперсионной среды и дисперсной фазы.

По размеру частиц дисперсной фазы системы делят на:

1. Истинные растворы. Размер частиц меньше 10 _­­­­­^-9 м (ионная или молекулярная степень раздробленности, гомогенная система). В истинных растворах степень «дробления» вещества соответствует размерам молекул (ионов), следовательно, исчезает поверхность раздела и система становится гомогенной (однородной).

2. Коллоидные растворы. Размер частиц составляет 10^-9 - 10^-7 м (микрогетерогенные, тонкодисперсные системы, довольно устойчивы).

3. Грубодисперсные системы (суспензии, взвеси, эмульсии). Размер частиц больше 10^-7 м. Для грубодисперсных систем размер частиц дисперсной фазы значительный, что позволяет им сохранять все свойства фазы, поэтому такие системы и рассматриваются как гетерогенные (гетерогенные системы неустойчивы, ΔG>0).

Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию приведена в табл. 8.1.

Таблица 8.1

Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию дисперсионной среды и дисперсной фазы

Дисперсионная среда

Дисперсная фаза

Примеры

Газ

Газ

Жидкость

Твердое тело

Газовые смеси

Туманы, облака
Пыль, дым

Жидкость

Газ

Жидкость (несмешивающиеся жидкости)

Твердое тело (нерастворимое в данной жидкости)

Пена

Эмульсии (молоко, крема, нефть)

Суспензии, взвеси (глина в воде)

Твердое тело

Газ

Жидкость

Твердое тело

Твердые пены (пенопласты, пемза, пеностекло)

Твердые эмульсии (вода в парафине, жемчуг)

Сплавы, твердые растворы

8.2. Общая характеристика растворов

В окружающем нас мире растворы встречаются повсеместно: воздух представляет собой газообразный раствор О₂, СО₂ и других веществ в азоте; морская вода – водный раствор целого ряда веществ (минеральных солей, газов, органических соединений); чугун – твердый раствор углерода в железе и т.д. Множество различных растворов содержится в организме человека и животных. Если мы проанализируем известные нам химические реакции, то обнаружим, что большинство из них протекает в растворах. Поэтому изучение природы растворов важно со всех точек зрения: научной, экологической, экономической и других.

Раствор – многокомпонентная, однофазная, равновесная система переменного состава.

Растворы термодинамически устойчивы, равновесны (ΔG = 0, т.е. свободная энергия Гиббса минимальна).

Растворы могут существовать в любом агрегатном состоянии – твердом, жидком или газообразном.

Компонентами раствора являются растворитель (среда) и растворенное вещество (или несколько веществ), равномерно распределенные в растворителе в виде молекул, атомов или ионов.

Растворителем принято считать вещество, агрегатное состояние которого в процессе образования раствора не меняется. При одинаковом агрегатном состоянии всех компонентов раствора растворителем считают то вещество, концентрация которого выше.

Поскольку жидкие растворы имеют наибольшее распространение, и применение, остановимся более подробно на их свойствах.

Важной характеристикой любого раствора является его состав, который выражается концентрацией.