Подпишитесь на наши новости
Вернуться к началу с статьи up

ДИСПЕ́РСНЫЕ СИСТЕ́МЫ

  • рубрика

    Рубрика: Химия

  • родственные статьи
  • image description

    В книжной версии

    Том 9. Москва, 2007, стр. 68-69

  • image description

    Скопировать библиографическую ссылку:




Авторы: Н. Б. Урьев, И. В. Кучин

ДИСПЕ́РСНЫЕ СИСТЕ́МЫ, ге­те­ро­ген­ные сис­те­мы, со­стоя­щие из двух и бо­лее фаз с силь­но раз­ви­той по­верх­но­стью раз­де­ла ме­ж­ду ни­ми. Д. с. пред­став­ля­ют со­бой со­во­куп­ность мел­ких твёр­дых час­тиц, ка­пель, пу­зырь­ков и т. д. (дис­перс­ная фа­за), рас­пре­де­лён­ных в од­но­род­ной фа­зе (дис­пер­си­он­ной сре­де). Осн. при­зна­ком, по­зво­ляю­щим от­ли­чить дис­пер­си­он­ную сре­ду от дис­перс­ной фа­зы, яв­ля­ет­ся не­пре­рыв­ность дис­пер­си­он­ной сре­ды. Д. с. клас­си­фи­ци­ру­ют по аг­ре­гат­но­му со­стоя­нию об­ра­зую­щих сис­те­му фаз (таб­ли­ца).

В за­ви­си­мо­сти от раз­ме­ра час­тиц Д. с. под­раз­де­ля­ют на гру­бо­дис­перс­ные (взве­си), со­стоя­щие из час­тиц раз­ме­ром св. 1000 нм, и тон­ко­дис­перс­ные (кол­ло­ид­ные сис­те­мы, кол­лои­ды) с раз­ме­ра­ми час­тиц от 1 нм до 1000 нм. В от­дель­ную груп­пу вы­де­ля­ют ульт­ра­мик­ро­ге­те­ро­ген­ные Д. с. (см. На­но­дис­перс­ные кол­ло­ид­ные сис­те­мы) с раз­ме­ра­ми час­тиц от 1 до 100 нм. К час­ти­цам с раз­ме­ра­ми ме­нее 1 нм по­ня­тие фа­зы не­при­ме­ни­мо, т. к. их раз­ме­ры при­бли­жа­ют­ся к мо­ле­ку­ляр­ным. По­это­му сис­те­мы, со­стоя­щие из та­ких час­тиц, при­ня­то от­но­сить к ис­тин­ным (мо­ле­ку­ляр­ным) рас­тво­рам. Чем бли­же раз­мер час­тиц дис­перс­ной фа­зы к ми­ни­маль­но воз­мож­но­му, тем силь­нее про­яв­ля­ют­ся мас­штаб­ные эф­фек­ты, т. е. за­ви­си­мость разл. свойств сис­те­мы от раз­ме­ра час­тиц. Ес­ли все час­ти­цы дис­перс­ной фа­зы име­ют оди­на­ко­вые раз­меры, то сис­те­мы на­зы­ва­ют мо­но­дис­перс­ны­ми; час­ти­цы дис­перс­ной фа­зы не­оди­на­ко­во­го раз­ме­ра об­ра­зу­ют по­ли­дис­перс­ные сис­те­мы. Др. важ­ны­ми ха­рак­те­ристи­ка­ми Д. с. яв­ля­ют­ся дис­перс­ность (ве­ли­чи­на, об­рат­ная раз­ме­ру час­тиц) и ве­ли­чи­на меж­фаз­ной по­верх­но­сти.

Дисперсная средаДисперсная фаза
 ТвердаяЖидкаяГазовая
ТвердаяБольшинство минералов, твердые золи, некоторые сплавыНекоторые виды минералов, адсорбентов, катализаторовПенопласты, твердые пены, пористые тела (активированный уголь, аэрогели, пемза)
ЖидкаяСуспензии, золи, пасты, гелиЭмульсииПены, вскипающие жидкости
ГазоваяАэрозоли (дымы, пыли), порошкиАэрозоли (туманы, облака)Не существуют 

По при­зна­ку под­виж­но­сти дис­перс­ной фа­зы Д. с. мо­гут быть сво­бод­но- или связ­но­дис­перс­ные. В сво­бод­но­дис­перс­ных сис­те­мах час­ти­цы дис­перс­ной фа­зы не свя­за­ны ме­ж­ду со­бой и мо­гут пе­ре­ме­щать­ся не­за­ви­си­мо друг от дру­га (зо­ли, в т. ч. аэ­ро­зо­ли, сус­пен­зии, эмуль­сии). В связ­но­дис­перс­ных сис­те­мах час­ти­цы под дей­ст­ви­ем сил разл. при­ро­ды об­ра­зу­ют струк­ту­ру, пре­пят­ст­вую­щую их сво­бод­но­му пе­ре­ме­ще­нию (ге­ли, в т. ч. аэ­ро­ге­ли и студ­ни, пе­ны). На­ли­чие струк­ту­ры при­да­ёт та­ким сис­те­мам оп­ре­де­лён­ные ме­ха­нич. свой­ст­ва (проч­ность, со­про­тив­ле­ние сдви­гу, спо­соб­ность со­хра­нять фор­му). Са­мо­про­из­воль­ное аг­ре­ги­ро­ва­ние и струк­ту­ро­об­ра­зо­ва­ние в Д. с. ста­но­вит­ся воз­мож­ным при дос­ти­же­нии кри­тич. кон­цен­тра­ции дис­перс­ной фа­зы и кри­тич. раз­ме­ра час­тиц; при при­бли­же­нии диа­мет­ра час­тиц к кри­ти­че­ско­му си­ла меж­мо­ле­ку­ляр­но­го взаи­мо­дей­ст­вия час­тиц ста­но­вит­ся со­из­ме­ри­мой с их ве­сом, что пре­дот­вра­ща­ет раз­ру­ше­ние Д. с. под дей­ст­ви­ем си­лы тя­же­сти.

По си­ле меж­мо­ле­ку­ляр­но­го взаи­мо­дей­ст­вия дис­перс­ной фа­зы с дис­пер­си­он­ной сре­дой Д. с. под­раз­де­ля­ют на лио­филь­ные и лио­фоб­ные. Для пер­вых ха­рак­тер­но силь­ное меж­фаз­ное взаи­мо­дей­ст­вие и ском­пен­си­ро­ван­ность сил меж­мо­ле­ку­ляр­но­го взаи­мо­дей­ст­вия у по­верх­но­сти раз­де­ла фаз, что вы­ра­жа­ет­ся в низ­ких зна­че­ни­ях энер­гии об­ра­зо­ва­ния но­вой меж­фаз­ной по­верх­но­сти (по­верх­но­ст­но­го на­тя­же­ния). По этой при­чи­не, а так­же вслед­ст­вие уча­стия час­тиц в те­п­ло­вом дви­же­нии лио­филь­ные Д. с. яв­ля­ют­ся тер­мо­ди­на­ми­че­ски ус­той­чи­вы­ми, мо­гут су­ще­ст­во­вать не­ог­ра­ни­чен­но дол­го, для них ха­рак­тер­но са­мо­про­из­воль­ное дис­пер­ги­ро­ва­ние. К та­ким сис­те­мам от­но­сят­ся кол­ло­ид­ные рас­тво­ры ПАВ и вы­со­ко­мо­ле­ку­ляр­ных со­еди­не­ний, эмуль­сии вбли­зи кри­тич. темп-ры сме­ше­ния фаз и др. Лио­фоб­ные сис­те­мы ха­рак­те­ри­зу­ют­ся сла­бым меж­фаз­ным взаи­мо­дей­ст­ви­ем, зна­чит. не­ском­пен­си­ро­ван­но­стью по­верх­но­ст­ных сил (из­быт­ком меж­фаз­ной энер­гии – вы­со­ким по­верх­но­ст­ным на­тя­же­ни­ем). В ре­зуль­та­те стрем­ле­ния сис­те­мы умень­шить из­бы­точ­ную по­верх­но­ст­ную энер­гию за счёт со­кра­ще­ния меж­фаз­ной по­верх­но­сти мо­жет про­ис­хо­дить слия­ние и ук­руп­не­ние час­тиц дис­перс­ной фа­зы (коа­гу­ля­ция или, в слу­чае эмуль­сий, коа­лес­цен­ция), при­во­дя­щее к раз­де­ле­нию Д. с. на со­став­ляю­щие её од­но­род­ные фа­зы. Т. о., лио­фоб­ные Д. с. яв­ля­ют­ся тер­мо­ди­на­ми­че­ски не­ус­той­чи­вы­ми, для их про­дол­жи­тель­но­го су­ще­ст­во­ва­ния не­об­хо­ди­ма спец. ста­би­ли­за­ция. В ка­че­ст­ве ста­би­ли­за­то­ров при­ме­ня­ют ПАВ, ад­сор­би­рую­щие­ся на по­верх­но­сти час­тиц и сни­жаю­щие по­верх­но­ст­ное на­тя­же­ние на гра­ни­це раз­де­ла фаз. К лио­фоб­ным сис­те­мам от­но­сят­ся зо­ли ме­тал­лов, ок­си­дов, суль­фи­дов, вы­со­ко­дис­перс­ные эмуль­сии (кро­ме кри­ти­че­ских) и др. Чёт­ко­го де­ле­ния на лио­филь­ные и лио­фоб­ные сис­те­мы не су­ще­ст­ву­ет: мн. ре­аль­ные сис­те­мы за­ни­ма­ют в та­кой клас­си­фи­ка­ции про­ме­жу­точ­ное по­ло­же­ние.

Связь ме­ха­нич. свойств Д. с. и их рео­ло­гии с фи­зи­ко-хи­мич. яв­ле­ния­ми на гра­ни­цах раз­де­ла об­ра­зую­щих их фаз изу­ча­ет фи­зи­ко-хи­ми­че­ская ме­ха­ни­ка. Свой­ст­ва и за­ко­но­мер­но­сти по­ве­де­ния Д. с. в ди­на­мич. со­стоя­нии, т. е. в ус­ло­ви­ях про­ве­де­ния боль­шин­ст­ва хи­ми­ко-тех­но­ло­гич. ге­те­ро­ген­ных про­цес­сов, ис­сле­ду­ет фи­зи­ко-хи­мич. ди­на­ми­ка. Ди­на­мич. ус­ло­вия за­труд­ня­ют са­мо­про­из­воль­ное аг­ре­ги­ро­ва­ние Д. с., что вы­ра­жа­ет­ся в умень­ше­нии кри­тич. раз­ме­ра час­тиц.

Д. с. об­ра­зу­ют­ся в ре­зуль­та­те дис­пер­ги­ро­ва­ния и кон­ден­са­ции. Д. с. ши­ро­ко рас­про­стра­не­ны в при­ро­де (гор­ные по­ро­ды, грун­ты, поч­вы, ат­мо­сфер­ные аэро­зо­ли, рас­ти­тель­ные и жи­вот­ные тка­ни и пр.); ис­поль­зу­ют­ся во мн. тех­но­ло­гич. про­цес­сах. В ви­де Д. с. вы­пус­ка­ет­ся боль­шин­ст­во пром. про­дук­тов и пред­ме­тов бы­то­во­го по­треб­ле­ния.

Лит.: Зон­таг Г., Штрен­ге К. Коа­гу­ля­ция и ус­той­чи­вость дис­перс­ных сис­тем. Л., 1973; Ре­бин­дер П. А. По­верх­но­ст­ные яв­ле­ния в дис­перс­ных сис­те­мах. Избр. тру­ды: [В 2 т.]. М., 1978–1979; Урь­ев Н. Б. Вы­со­ко­кон­цен­три­ро­ван­ные дис­перс­ные сис­те­мы. М., 1980; он же. Фи­зи­ко-хи­ми­че­ская ди­на­ми­ка дис­перс­ных сис­тем // Ус­пе­хи хи­мии. 2004. Т. 73. № 1; Коа­гу­ля­ци­он­ные кон­так­ты в дис­перс­ных сис­те­мах. М., 1982; Де­ря­гин Б. В., Чу­ра­ев НВ., Мул­лер В. М. По­верх­но­ст­ные си­лы. М., 1985.

Вернуться к началу