Дисперсные системы представляют собой совокупность двух фаз:
дисперсной фазы, состоящей из частиц определённого
размера, и дисперсионной среды, в которой эти частицы
распределены. Классификация дисперсных систем основывается на
размере частиц, взаимодействии фаз,
состоянии дисперсной среды и степени
упорядоченности системы.
1.
Классификация по размеру частиц дисперсной фазы
Основной критерий разделения дисперсных систем — размер частиц
дисперсной фазы:
- Грубодисперсные системы: размер частиц превышает
10⁻⁵ см. Примеры: суспензии, песок в воде. Частицы легко видимы под
микроскопом, осаждаются под действием силы тяжести, не проявляют
броуновского движения.
- Коллоидные системы: размер частиц в пределах 10⁻⁷ –
10⁻⁵ см. Примеры: молоко, желатин, гидрогели. Частицы находятся в
постоянном броуновском движении, не осаждаются самопроизвольно, способны
к прохождению через обычные фильтры, но задерживаются
ультрафильтрацией.
- Молекулярно-дисперсные системы: размер частиц
меньше 10⁻⁷ см, что соответствует молекулам или ионам. Примеры: растворы
солей, спиртов, кислот. Частицы не видны в микроскоп, система полностью
однородна на макроскопическом уровне.
2. Классификация по
состоянию дисперсной среды
Дисперсные системы подразделяются в зависимости от агрегатного
состояния среды и дисперсной фазы:
Газообразная среда:
- Туман (жидкость в газе)
- Дым (твердая фаза в газе)
Жидкая среда:
- Суспензия (твердая фаза в жидкости)
- Эмульсия (жидкость в жидкости)
Твердая среда:
- Солид (жидкость или газ в твердом теле, например, аэрогели,
пенопласты)
Каждая комбинация фаз обладает характерными физико-химическими
свойствами, включая вязкость, оптическую прозрачность, реологическое
поведение.
3. Классификация по
природе дисперсной фазы
- Лиофильные системы: дисперсная фаза имеет высокую
аффинность к среде. Частицы стабилизированы за счёт адсорбционного слоя
растворителя. Примеры: крахмальный клейстер, раствор белка. Лиофильные
системы устойчивы и термодинамически благоприятны.
- Лиофобные системы: дисперсная фаза слабо
взаимодействует с дисперсионной средой. Примеры: коллоиды металлов в
воде, асфальт в бензине. Такие системы неустойчивы, требуют стабилизации
электролитами или полимерами.
4. Классификация
по агрегатному состоянию частиц
- Солитные системы: твердые частицы дисперсной фазы в
жидкой среде. Примеры: гидрогели, металлоколоиды.
- Гели: сетчатая структура из частиц дисперсной фазы
с поглощенной жидкостью. Образуют вязкие, частично упругие системы.
- Пены и аэрогели: газовые включения в жидкой или
твердой среде. Газовые пузырьки стабилизированы поверхностным натяжением
или сетчатой структурой.
5.
Классификация по стабильности и механизму стабилизации
- Физически стабилизированные системы: устойчивость
обеспечивается электростатическими или стерическими
взаимодействиями.
- Химически стабилизированные системы: дисперсная
фаза покрыта химически связанной оболочкой, препятствующей
коагуляции.
- Динамически нестабильные системы: склонны к
осаждению или коагуляции без внешнего вмешательства.
6. Дополнительные
критерии классификации
- Оптическая прозрачность: прозрачные (коллоидные
растворы) и непрозрачные (суспензии).
- Электрофизические свойства: ионные и неионные
коллоиды, наличие заряда на поверхности частиц.
- Реологические свойства: текучесть, вязкость,
тиксотропность.
Классификация дисперсных систем позволяет не только систематизировать
различные типы коллоидов, но и прогнозировать их поведение при
смешении, фильтрации, центрифугировании и химическом
взаимодействии. Она служит основой для изучения механизма
стабилизации, кинетики коагуляции и разработки технологических процессов
в химической промышленности, фармацевтике, пищевой и экологической
химии.