Раздел 12. Дисперсные системы.

Свойства коллоидных растворов

Дисперсные (коллоидные) системы – это гетерогенные системы, образованные сплошной непрерывной дисперсионной средой, в которой распределены частицы раздробленного вещества – дисперсной прерывной фазы. Коллоидное состояние является предельно высокодисперсным состоянием вещества. В отличие от гетерогенных систем со сплошными фазами коллоидные системы характеризуются очень большой поверхностью раздела фаз, поэтому дисперсные системы называют микрогетерогенными и ультрамикрогетерогенными. В случае высокой дисперсности коллоидных частиц граница раздела фаз не обнаруживается в оптическом микроскопе. Свойства дисперсных систем зависят от дисперсности, агрегатного состояния дисперсной фазы и дисперсионной среды, интенсивности взаимодействия между ними, способности частиц дисперсной фазы к образованию структур.

Количественные характеристики раздробленности

Дисперсных систем

Количественной характеристикой дисперсности (раздробленности) вещества является степень дисперсности (D) – величина, обратная размеру дисперсных частиц и численно равная числу частиц, которые плотно можно уложить в ряд (или в стопку) на протяжении одного сантиметра:

(12.1)

где а – средний диаметр сферических или волокнистых частиц, средняя длина ребра кубической частицы или средняя толщина пленки для пленочно-дисперсных систем. Чем больше степень дисперсности, тем больше суммарная площадь поверхности раздела фаз.

Соотношение между поверхностью и объемом (или массой) частиц дисперсной фазы характеризует удельная поверхность – площадь раздела фаз, приходящаяся на единицу объема (S^V_уд), м²/м³, или массы (S^m_уд) дисперсной фазы, м²/г:

, (12.2)

где S, V, m, r – соответственно суммарная поверхность, объем, масса и плотность частиц дисперсной фазы.

Пример 1. Вычислить удельную и общую площадь поверхности дисперсной фазы коллоидной системы, полученной в результате электрического диспергирования 0,5 г золота на частицы: а) шарообразной формы с диаметром d = 7,0×10^-9 м; б) в форме кубиков с длиной ребра a = 1,2×10^-7 м. Плотность золота r = 19320 кг/м³.

Решение. Рассчитаем удельную поверхность по уравнению (12.2):

· - для шарообразных частиц с радиусом r

,

;

· - для частиц в форме кубиков

,

.

Находим общую площадь поверхности частиц дисперсной фазы:

.

Как видно из расчета, формула S_уд имеет одинаковый вид и для шарообразных и для кубических частиц, поэтому, зная удельную поверхность, можно определить средний размер частиц d_ср:

или . (12.3)

При оценке свойств порошкообразных материалов размер частиц имеет в ряде случаев решающее значение. Например, сроки схватывания цементов значительно сокращаются при уменьшении размера частиц исходного цементного порошка. Установлено, что высокодисперсные глины наиболее пластичны. Интенсивность и тон краски зависит от размеров частиц пигмента. Классификация дисперсных систем по размерам частиц представлена в табл. 10.

Таблица 10