Аличие значительного избытка свободной поверхностной энергии на межфазной поверхности, значение которой прямо пропорционально удельной поверхности.

сновные свойства дисперсных систем

Коллоидная химия – наука о дисперсных системах и поверхностных явлениях. Ее название произошло от греческого colla – клей. Первыми объектами изучения коллоидной химии являлись клееподобные вещества – желатин, пектин, казеин и др.

1. Гетерогенность и дисперсность(от лат. dispersus – рассеянный, рассыпанный). Любая дисперсная система состоит как минимум из двух фаз, одна из которых является раздробленной (рис. 1).

Дисперсная фаза – раздробленная часть дисперсной системы (1), дисперсионная (сплошная) среда – нераздробленная (2). Например, дисперсной фазой молока являются жировые шарики, дисперсионной средой – вода с растворенными в ней минеральными солями и белками. Дисперсная фаза может быть представлена в виде объемных частиц, пленок, нитей, капилляров и др.

Дисперсность D – величина, обратная определяющему (характерному) размеру частиц a:

Дисперсные системы с частицами одинакового размера называют монодисперсными, различного – полидисперсными. Реальные системы, как правило, полидисперсны.

Коллоидные системы, или золи– это дисперсные системы, в которых частицы дисперсной фазы имеют размер 10^-9-10^{-7 м (1-100 нм).}

2. Большая удельная поверхность раздела фаз

Удельная поверхность S_уд – площадь межфазной поверхности S, отнесенная к единице массы m (м²/кг) или объема V (м^-1) дисперсной фазы. Для монодисперсных систем

или ,

где S_ч, V_ч – площадь и объем одной частицы в монодисперсных системах; N – число частиц.

В монодисперсных системах удельная поверхность зависит от характерного размера частицы а:

,

где k – коэффициент, зависящий от геометрической формы частиц.

Так, для частиц кубической формы с ребром а она равна

,

для частиц сферической формы с радиусом r –

,

где d – диаметр частицы.

Из приведенных соотношений следует, что, удельная поверхность и дисперсность возрастают при уменьшении размера частиц дисперсной фазы. Так, для частиц кубической формы уменьшение ребра от 1 м до 10^{-9 м вызывает увеличение удельной поверхности с 6 до 6}×10⁹ м^-1. Максимальную удельную поверхность (порядка 10⁷-10⁹ м^-1) имеют частицы дисперсной фазы в коллоидных растворах.

Поэтому на поведение дисперсных систем, имеющих развитую поверхность раздела, преобладающее влияние оказывают процессы, протекающие на поверхности, а не внутри фазы.

аличие значительного избытка свободной поверхностной энергии на межфазной поверхности, значение которой прямо пропорционально удельной поверхности.

Механизм возникновения поверхностной энергии рассмотрим на примере системы жидкость – газ (рис. 2). Для молекул, находящихся в объеме жидкой фазы, силы межмолекулярного взаимодействия симметричны, равнодействующая их равна 0.

Для молекул, расположенных на межфазной поверхности, симметрия сил нарушается: притяжение со стороны молекул газа слабее, чем со стороны молекул жидкости. В результате возникает результирующая сила, направленная внутрь более плотной (жидкой) фазы. Эту силу часто называют внутренним давлением. Чем сильнее различаются межмолекулярные взаимодействия в граничащих фазах, тем больше внутреннее давление. Так, для воды оно составляет 1,5×10⁹ Па (14 800 атм.). Поэтому плотность капельных жидкостей практически не изменяется при увеличении внешнего давления. Такие жидкости называют несжимаемыми.

Нереализованная способность поверхностных молекул к взаимодействию обуславливает появление свободной поверхностной энергии G_пов.

Общая поверхностная энергия системы определяется площадью поверхности S и удельной поверхностной энергией s, называемой поверхностным натяжением:

G_пов = sS.

С точки зрения термодинамики, поверхностное натяжение – это работа обратимого процесса образования единицы площади новой поверхности при постоянных температуре Т, давлении р и составе жидкости.

В результате действия s текучие системы принимают форму с минимальной поверхностью фазы при заданном объеме – форму сферы. Поэтому такие жидкости называют капельными.

Поверхностное натяжение с ростом температуры снижается. Это связано с ростом давления насыщенного пара и уменьшением нескомпенсированности межмолекулярного взаимодействия. Поэтому при оценке значений s необходимо указывать температуру.

При 293 К s воды составляет 72,75 мДж/м², подсолнечного масла – 33, сырого молока – 45-60, а сухих вин – 46-52 мДж/м², что ниже s воды.