Диспергация представляет собой процесс равномерного распределения твердой или жидкой фазы в другой непрерывной среде с целью получения коллоидной системы. В коллоидной химии различают механические и физико-химические методы диспергации, каждый из которых имеет специфические особенности и область применения.
Механические методы основаны на разрушении агрегатов или крупных частиц до коллоидных размеров с помощью внешней механической энергии. К основным методам относятся:
Размалывание (грубая диспергация) Применяется для твердых веществ и включает использование ступок, шаровых мельниц и диспергаторов. Эффективность метода зависит от прочности исходного материала и величины энергии, затрачиваемой на разрушение частиц. На заключительных стадиях часто используют высокоэнергетические мельницы для достижения нанометрового диапазона.
Ультразвуковая диспергация Использует акустическую кавитацию, создаваемую ультразвуковыми волнами, которая вызывает интенсивное локальное турбулентное воздействие и разрывы агрегатов. Метод позволяет получать стабильные коллоидные растворы без химических стабилизаторов, особенно для металлов и оксидов.
Аэродинамическая и гидродинамическая диспергация Частицы разрушаются за счет интенсивного турбулентного потока жидкости или газа. Применяется при приготовлении суспензий и эмульсий, когда необходимы равномерные размеры частиц и высокая скорость диспергирования.
Физико-химические методы включают использование энергии межмолекулярных взаимодействий для уменьшения размеров частиц и стабилизации коллоидов.
Электрохимическая диспергация Основана на разложении или окислении вещества при электролизе. Электродный метод позволяет получать металло- и полупроводниковые коллоиды высокой чистоты, которые характеризуются узким распределением по размеру.
Химическая диспергация Включает реакции растворения, осаждения или гидролиза, приводящие к образованию коллоидных частиц непосредственно в дисперсионной среде. Например, гидролиз солей железа или оксидов алюминия в воде формирует гидратированные частицы с размерами 1–100 нм.
Солюбилизационная диспергация Применение растворителей и стабилизаторов, которые способствуют превращению макроскопических частиц в коллоидные, благодаря снижению поверхностной энергии и образованию оболочек из молекул растворителя или ПАВ (поверхностно-активных веществ).
Современная коллоидная химия активно использует комбинированные методы диспергации, объединяя механическое воздействие с химической стабилизацией. Развитие микро- и нанотехнологий требует точного контроля над размерами частиц и их распределением, что становится возможным благодаря синтезу коллоидов «под заказ» с заданной морфологией и функцией поверхности.
Важной задачей остаётся минимизация агрегации и коагуляции, что достигается внедрением новых стабилизаторов, регулируемых химических условий и энергоэффективных методов обработки.