Вопрос 31. Классификация дисперсных систем.

Дисперснойназывают систему, состоящую из дисперсной фазы – совокупности раздробленных частиц и непрерывной дисперсионной среды, в которой во взвешенном состоянии находятся эти частицы.

Степень дисперсности(δ) величина обратная среднему диаметру частицd(м^-1)

δ = 1/d

Классификация дисперсных систем.

По степени дисперсности все системы можно разделить на грубодисперсные и коллоиднодисперсные

.

а) Грубодисперсныесистемы (размер частиц 10ˉ⁵– 10ˉ³ см) – суспензия, пена.

б) Коллоиднодисперсные системы (коллоидные растворы).Размер частиц дисперсной фазы  составляет 10ˉ⁷– 10ˉ⁵см, а размер частиц дисперсионной среды 10ˉ⁸см. Степень дисперсности в коллоидах выше, чем в грубодисперсных системах. Коллоидные частицы не оседают под действием силы тяжести, проходят через бумажные фильтры; но они невидимы в обычный микроскоп.

Имеется восемь видов коллоидных систем, если принимать во внимание агрегатное состояние дисперсной фазы: туман(ж/г), дым (т/г), пена (г/ж), эмульсоид (нефть, крем), суспензоид (т/ж), твердая пена(пемза, г/т), твердый эмульсоид (жидкость в почве, ж/т), т-т (без названия, сплавы, бетон)

Системы со слабым взаимодействием между дисперсной фазой и средой – лиофобныеколлоиды (золи), с сильным взаимодействием –лиофильные.

Если дисперсионной средой является вода, то системы называются – гидрофобные и гидрофильные.

Природа коллоидного состояния.  коллоидное состояние веществаимеет два основных признака –дисперсность и гетерогенность. Особенностью высокодисперсных систем является их неустойчивость, связанная с большим запасом свободной поверхностной энергии вследствие большой поверхности раздела фаз. Для дисперсных систем характерны самопроизвольные процессы, снижающие избыточную поверхностную энергию за счёт укрупнения частиц дисперсной фазы. Обеспечение относительной устойчивости системы достигается созданием на поверхности частиц дисперсной фазы защитных слоёв – двойного электрического слоя, обеспечивающего электростатическое отталкивание частиц, и адсорбционно-сольватного слоя, препятствующего соприкосновению и слипанию частиц. Стабилизирующие слои возникают в результате адсорбции ионов или молекул.

Суспензии-дисперсные системы, в которых твердые частицы дисперсной фазы находятся во взвешенном состоянии в жидкой дисперсионной среде.

Получение суспензий. Два основных способа - смешение сухих порошковсжидкостьюилиизмельчениетвердых телв жидкости (методы диспергирования) и выделение твердой фазы из жидкой среды (методы конденсации).

Эмульсия—дисперсная система, состоящая из микроскопических капель жидкости (дисперсной фазы), распределенных в другой жидкости (дисперсионной среде). Эмульсии образуются двумя путями:

1. Путём дробления капель. Этот метод осуществляется путём медленного прибавления диспергируемого вещества в дисперсную систему в присутствии эмульгатора при непрерывном и сильном перемешивании. Главными факторами, от которых зависит степень дисперсности частиц получаемой эмульсии и её устойчивость, является скорость перемешивания, скорость введения диспергируемого вещества, его количество, природа эмульгатора и его концентрация, температура и pH среды.

2. Путём образования плёнок и их разрыва на мелкие капли. Механизм образования состоит в следующем. Жидкость, образующая дисперсную фазу (например, масло), при медленном прибавлении к дисперсионной среде образует плёнку. Эта плёнка разрывается пузырьками воздуха, выходящими из отверстия трубки, которые находятся на дне сосуда. Образуются мелкие единичные капли. Одновременно пузырьки воздуха энергично размешивают всю жидкость и этим самым способствуют дальнейшему эмульгированию. В настоящее время для получения концентрированной эмульсии масла с водой её подвергают действию ультразвука.

Коллоидный раствор - гетерогенные дисперсные системы, в которых частицы «растворенного» вещества обладают ультрамикроскопической (коллоидной) степенью дробления.

Для получения коллоидных растворов необходимо: 1) достичь коллоидной степени дисперсности, 2) подобрать дисперсионную среду, в которой нерастворимо вещество дисперсионной фазы, 3) подобрать третий компонент – стабилизатор, сообщающий коллоидной системе устойчивость.

Для очистки коллоидных растворов от примесей используют фильтрацию, диализ, электродиализ, ультрафильтрацию.

Диализ – удаление с помощью мембран низкомолекулярных соединений из коллоидных растворов и растворов ВМС. При этом используют свойство мембран пропускать молекулы и ионы малого размера и задерживать коллоидные частицы и макромолекулы.

Электродиализиспользуют для увеличения скорости диализа низкомолекулярных электролитов. С этой целью в диализаторе создают постоянное электрическое поле с падением потенциала 20-250 В/см и выше.

Ультрафильтрацияприменяется для очистки систем, содержащих частицы коллоидных размеров (золи, растворы ВМС, взвеси бактерий и вирусов). В основе метода лежит продавливание разделяемой смеси через фильтры с порами, пропускающими только молекулы и ионы низкомолекулярных веществ. Использую для очистки воды, белков, нуклеиновых кислот, ферментов, витаминов.

Одной из разновидностей компенсационного диализа (применяют, когда необходимо освободить коллоидный раствор лишь от части низкомолекулярных примесей) является вивидиализ.На этом принципе основано действие искусственной почки. Диализирующий раствор содержит в одинаковых с кровью концентрациях вещества, которые необходимо сохранить в крови.