 |
Свободнодисперсные системы
|
|
|
|
ХАРАКТЕРИСТИКА ГОМОГЕННОЙ И ГЕТЕРОГЕННОЙ СИСТЕМЫ
Гомогенная система (от греч. ὁμός — равный, одинаковый; γένω — рождать) — однородная система, химический состав и физические свойства которой во всех частях одинаковы или меняются непрерывно (между частями системы нет поверхностей раздела). В гомогенной системе из двух и более химических компонентов каждый компонент распределен в массе другого в виде молекул, атомов, ионов. Составные части гомогенной системы нельзя отделить друг от друга механическим путём.
В гомогенных смесях составные части нельзя обнаружить ни визуально, ни с помощью оптических приборов, поскольку вещества находятся в раздробленном состоянии на микроуровне. Гомогенными смесями являются смеси любых газов и истинные растворы, а также смеси некоторых жидкостей и твердых веществ, например сплавы.
В термодинамике гомогенной системой называется однородная термодинамическая система, каждой точке которой в условиях равновесия соответствуют одинаковые значения давления, температуры и концентрации.
Гетероге́нная систе́ма (от греч. ἕτερος — разный; γένω — рождать) — неоднородная система, состоящая из однородных частей (фаз), разделённых поверхностью раздела. Однородные части (фазы) могут отличаться друг от друга по составу и свойствам. Число веществ (компонентов), термодинамических фаз и степеней свободы связаныправилом фаз. Фазы гетерогенной системы можно отделить друг от друга механическими методами (отстаиванием, фильтрованием, магнитной сепарацией и т. п.). Примерами гетерогенных систем могут служить: жидкость — насыщенный пар; насыщенный раствор с осадком; многие сплавы. Твёрдый катализатор в токе газа или жидкости тоже гетерогенная система (гетерогенный катализ). В технике гетерогенной системой является кирпичнаяи каменная кладка, состоящая из кладочных элементов (кирпича, природных или искусственных камней, бетонных блоков и др.) и строительного раствора.
|
|
|
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ
Дисперсная система — образования из двух или большего числа фаз (тел), которые практически не смешиваются и не реагируют друг с другом химически. В типичном случае двухфазной системы первое из веществ (дисперсная фаза) мелко распределено во втором (дисперсионная среда). Если фаз несколько, их можно отделить друг от друга физическим способом (центрифугировать, сепарировать и т.д.).
Обычно дисперсные системы — это коллоидные растворы, золи. К дисперсным системам относят также случай твёрдой дисперсной среды, в которой находится дисперсная фаза.
КЛАССИФИКАЦИЯ ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ
Наиболее общая классификация дисперсных систем основана на различии в агрегатном состоянии дисперсионной среды и дисперсной фазы (фаз). Сочетания трёх видов агрегатного состояния позволяют выделить девять видов двухфазных дисперсных систем. Для краткости записи их принято обозначать дробью, числитель которой указывает на дисперсную фазу, а знаменатель на дисперсионную среду; например, для системы «газ в жидкости» принято обозначение Г/Ж.
| Обозначение | Дисперсная фаза | Дисперсная среда | Название и пример |
| Г/Г | Газообразная | Газообразная | Не образуют дисперсные системы |
| Г/Ж | Газообразная | Жидкая | Газовые эмульсии и пены |
| Г/Т | Газообразная | Твёрдая | Пористые тела: пенополимеры, пемза |
| Ж/Г | Жидкая | Газообразная | Аэрозоли: туманы, облака |
| Ж/Ж | Жидкая | Жидкая | Эмульсии: нефть, крем, молоко |
| Ж/Т | Жидкая | Твёрдая | Капиллярные системы (заполненные жидкостью пористые тела): грунт, почва |
| Т/Г | Твёрдая | Газообразная | Аэрозоли (пыли, дымы), порошки |
| Т/Ж | Твёрдая | Жидкая | Суспензии и золи: пульпа, ил, взвесь, паста |
| Т/Т | Твёрдая | Твёрдая | Твёрдые гетерогенные системы: сплавы, бетон, ситаллы, композиционные материалы |
|
|
|
По кинетическим свойствам дисперсной фазы двухфазные дисперсные системы можно разделить на два класса:
· Свободнодисперсные системы, у которых дисперсная фаза подвижна;
· Связнодисперсные системы, у которых дисперсионная среда твёрдая, а частицы их дисперсной фазы связаны между собой и не могут свободно перемещаться.
В свою очередь, эти системы классифицируются по степени дисперсности. Системы с одинаковыми по размерам частицами дисперсной фазы называются монодисперсными, а с неодинаковыми по размеру частицами — полидисперсными. Как правило, окружающие нас реальные системы полидисперсны.
Встречаются и дисперсные системы с большим числом фаз — сложные дисперсные системы. Например, при вскипании жидкой дисперсионной среды с твёрдой дисперсной фазой получается трёхфазная система «пар — капли — твёрдые частицы».
Другим примером сложной дисперсной системы может служить молоко, основными составными частями которого (не считая воды) являются жир, казеин и молочный сахар. Жир находится в виде эмульсии и при стоянии молока постепенно поднимается кверху (сливки). Казеин содержится в виде коллоидного раствора и самопроизвольно не выделяется, но легко может быть осаждён (в виде творога) при подкислении молока, например, уксусом. В естественных условиях выделение казеина происходит при скисании молока. Наконец, молочный сахар находится в виде молекулярного раствора и выделяется лишь при испарении воды.
Свободнодисперсные системы
Свободнодисперсные системы по размерам частиц подразделяют на:
| Название | Размер частиц, м | Основные признаки гетерогенных систем |
| Ультрамикрогетерогенные | 10−9…10−7 | — гетерогенные; — частицы проходят через бумажный фильтр и не проходят через ультрафильтр — частицы не видны в оптический микроскоп, а видны в электронный микроскоп и обнаруживаются в ультрамикроскоп — относительно устойчивы кинетически — прозрачные, рассеивают свет (дают конус Фарадея — Тиндаля) |
| Микрогетерогенные | 10−7…10−5 | |
| Грубодисперсные | более 10−5 |
Ультрамикрогетерогенные системы также называют коллоидными или золями. В зависимости от природы дисперсионной среды, золи подразделяют на твёрдые золи, аэрозоли (золи с газообразной дисперсионной средой) и лиозоли (золи с жидкой дисперсионной средой). К микрогетерогенным системам относят суспензии, эмульсии, пены и порошки. Наиболее распространёнными грубодисперсными системами являются системы «твёрдое тело — газ» (например, песок).
|
|
|
Коллоидные системы играют огромную роль в биологии и человеческой жизни. В биологических жидкостях организма ряд веществ находится в коллоидном состоянии. Биологические объекты (мышечные и нервные клетки, кровь и другие биологические жидкости) можно рассматривать как коллоидные растворы. Дисперсионной средой крови является плазма — водный раствор неорганических солей и белков.
Связнодисперсные системы
Пористые материалы
Пористые материалы по размерам пор подразделяют, согласно классификации М. М. Дубинина, на:
| Название | Размер частиц, мкм |
| Микропористые | менее 2 |
| Мезопористые | 2-200 |
| Макропористые | 2-200 |
По рекомендации ИЮПАК, микропористыми называют пористые материалы с размерами пор до 2 нм, мезопористыми — от 2 до 50 нм, макропористыми — свыше 50 нм.
По своей структуре пористые материалы подразделяют на корпускулярные и губчатые. Корпускулярные тела образуются срастанием отдельных структурных элементов (обычно разной формы и размера) — как не пористых, так и обладающих первичной пористостью (пористая керамика, бумага, ткань и др.); порами здесь служат промежутки между структурными элементами. Губчатые тела являются промежутки между этими частицами и их ансамблями. Губчатые тела может сформироваться в результате топохимических реакций, выщелачивание некоторых компонентов твёрдых гетерогенных систем, пиролитического разложения твёрдых веществ, поверхностной и объёмной эрозии; в них поры обычно представляют собой сеть каналов и полостей различной формы и переменного сечения.
|
|
|
По геометрическим признакам пористые структуры подразделяются на регулярные (у которых в объёме тела наблюдается правильное чередование отдельных пор или полостей и соединяющих их каналов) и стохастические (в которых ориентация, форма, размеры, взаимное расположение и взаимосвязи пор носят случайный характер). Для большинства пористых материалов характерна стохастическая структура. Имеет значение и характер пор: открытые поры сообщаются с поверхностью тела так, что через них возможна фильтрация жидкости или газа; тупиковые поры также сообщаются с поверхностью тела, но их наличие на проницаемости материала не сказывается; закрытые поры.
|
|
|
