Дисперсные системы и их классификация

Дисперсные системы, рассматриваемые в коллоидной химии, гетерогенны, поэтому состоят как минимум из двух фаз. Одна из них является сплошной и называется дисперсионной средой. Другая фаза раздроблена и распределена в первой; её называют дисперсной фазой.

Наиболее общая классификация дисперсных систем основана на определении агрегатного состояния дисперсной фазы и дисперсионной среды. Сочетания трёх агрегатных состояний (твёрдое, жидкое и газообразное) позволяют выделить девять типов дисперсных систем (табл.6.1). Для краткости их условно обозначают дробью, числитель которой указывает на агрегатное состояние дисперсной фазы, а знаменатель – дисперсионной среды, например обозначение Т/Ж показывает, что система состоит из твёрдой дисперсной фазы и жидкой дисперсионной среды (твёрдое в жидкости).

Табл. 6.1.

Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию фаз

Дисперсионная среда	Дисперсная фаза	Условное обозначение системы	Название системы и примеры
Твёрдая	Твёрдая	Т/Т	Твёрдые гетерогенные системы: минералы, сплавы, бетон, композиционные материалы
Жидкая	Ж/Т	Капиллярные системы: жидкость в пористых телах, адсорбентах; влажные почвы, грунты
Газообразная	Г/Т	Пористые тела: адсорбенты и катализаторы
Жидкая	Твёрдая	Т/Ж	Суспензии и золи: промышленные суспензии, пульпы, взвеси, пасты, илы
Жидкая	Ж/Ж	Эмульсии: природная нефть, кремы, молоко
Газообразная	Г/Ж	Газовые эмульсии и пены
Газообразная	Твёрдая	Т/Г	Аэрозоли: пыли, дымы. Порошки
Жидкая	Ж/Г	Аэрозоли: туманы, в том числе промышленные облака
Газообразная	Г/Г	Коллоидная система не образуется

Одно из девяти сочетаний Г/Г не может соответствовать коллоидной системе, так как газы в обычных условиях при любых концентрациях дают истинные растворы (при очень высоких давлениях некоторые газовые системы образуют гетерогенные системы). Однако газовые смеси могут проявлять отдельные свойства гетерогенно-дисперсных систем благодаря непрерывным флуктуациям плотности и концентрации, вызывающим неоднородности в системе. Рассматривая жидкие растворы с молекулярной степенью дисперсности, к гетерогенно-дисперсным системам можно отнести растворы полимеров. Размеры макромолекул могут превышать размеры обычных коллоидных частиц. Эти системы обладают многими свойствами, характерными для типичных гетерогенно-дисперсных систем. Они как бы связывают в единое целое все дисперсные системы и указывают на непрерывность перехода от истинных молекулярных растворов к гетерогенным дисперсным системам.

Все дисперсные системы также можно разделить на два класса по кинетическим свойствам дисперсной фазы: свободнодисперсные системы, в которых дисперсная фаза подвижна, и связнодисперсные системы – системы с твердообразной дисперсионной средой, в которой частицы дисперсной фазы не могут свободно перемещаться.

И еще эти системы классифицируют по степени дисперсности. Свободнодисперсные системы подразделяют на ультрамикрогетерогенные, размер частиц которых лежит в пределах от 10^-9 до 10^{-7 м (от 1 до 100 нм), микрогетерогенные с размером частиц от 10-7} до 10^{-5 м (от 0,1 до 10 мкм) и грубодисперсные с частицами, размеры которых превышают 10-5 м.}

Ультрамикрогетерогенные системы часто называют истинно коллоидными или просто коллоидными, так как раньше только такие системы считались объектом коллоидной химии. С ростом числа молекул в частице она постепенно приобретает все свойства фазы. В современной литературе малоконцентрированные свободнодисперсные ультрамикрогетерогенные системы чаще называют золями (нем. Sole от лат. solutio – раствор). Среди них различают аэрозоли – золи с газообразной дисперсионной средой; лиозоли – золи с жидкой дисперсионной средой (греч. lios – жидкость). В зависимости от природы среды лиозоли называют гидрозолями (вода), органозолями (органическая среда) или, более конкретно, алкозолями (спирты) и т.д.

Cвязнодисперсные (структурированные) системы с жидкой дисперсионной средой называют гелями.

К микрогетерогенным системам относят суспензии (Т/Ж), эмульсии (Ж/Ж), пены (Г/Ж), порошки (Т/Г). Эти системы имеют большое значение в промышленности.

Из грубодисперсных систем наиболее распространены системы Т/Г (песок, щебень и др.).

По характеру взаимодействия между частицами дисперсной фазы и дисперсионной среды системы делят на лиофобные коллоиды и лиофильные коллоиды.

К лиофобным коллоидам относятся системы:

· со слабым взаимодействием (или его отсутствием) частиц дисперсной фазы с дисперсионной средой;

· с низкой смачиваемостью частиц вещества дисперсионной средой;

· несамопроизвольностью диспергирования;

· устойчивостью лишь в присутствии стабилизатора;

· с особой структурой частиц, составляющих дисперсную фазу - мицеллами.

К лиофильным коллоидам относятся системы:

· образующиеся самопроизвольно;

· термодинамически устойчивые;

· характеризующиеся сильным межфазным взаимодействием частиц дисперсной фазы с дисперсионной средой.