По агрегатному состоянию дисперсионной среды

Основной признак дисперсионной среды – непрерывность. Например, по водным пленкам мыльной пены можно пройти из любой точки в любую точку, а по пузырькам газа в пене это сделать нельзя.

Суспензии – это взвеси порошков в жидкости (почвы и грунты, глиняное тесто, цементные и известковые растворы, масляные краски). Размеры частиц суспензий больше, чем коллоидные частицы. Суспензии одновременно и поглощают и рассеивают свет, седиментационно неустойчивы, не обнаруживают осмотического давления и броуновского движения, частицы видны в обычный микроскоп, не способны к диффузии. Как правило, на поверхности частиц образуется ДЭС или сольватная оболочка. Под влиянием электролитов суспензии коагулируют.

Агрегативно устойчивые суспензии пластичны. Агрегативно неустойчивые системы – хрупкие. Агрегативно неустойчивые системы можно сделать агрегативно устойчивыми при введении ПАВ (пример Al₂O₃ в бензоле, сажи в воде).

Эмульсии – это дисперсные системы, в которых и дисперсная фаза, и дисперсионная среда – жидкие. Степень дисперсности обычных эмульсий не очень велика: радиус их частиц порядка 10^-3 – 10^-5 см. Обычные эмульсии – это микрогетерогенные системы, состоящие из двух несмешивающихся жидкостей, одна из которых диспергирована в другой в виде весьма мелких капель. Обычно одна из фаз эмульсии – вода. Другой фазой может быть любая органическая жидкость, не смешивающаяся с водой: масло, бензол, бензин, керосин и др. Эту другую жидкость принято называть, независимо от ее химической природы, маслом. Кроме воды и масла, всякая устойчивая эмульсия обязательно содержит еще третий компонент, придающий ей агрегативную устойчивость, который называется эмульгатором. Вода и масло образуют эмульсии двух типов. Первый тип: вода – дисперсионная среда, масло – дисперсная фаза, это эмульсии масла в воде (М/В) – прямые эмульсии. Второй тип – эмульсии воды в масле (В/М) – обратные.

Различают эмульсии разбавленные и концентрированные. Разбавленные эмульсии (концентрация дисперсной фазы до 0,1 %) стабилизируются электролитами, создающими двойной электрический слой на поверхности эмульгированных капель. Они устойчивы без специальных эмульгаторов. Концентрированные эмульсии (концентрация дисперсной фазы > 1%) устойчивы только в присутствии специальных эмульгаторов, в качестве которых используются вещества, образующие на капельках эмульгированной жидкости прочную пленку, не разрывающуюся при столкновениях. Это ВМС, желатин, каучук, смолы и полуколлоиды – мыла.

Эмульгатор выбирается в соответствии с правилом: эмульсии М/В стабилизируются растворимыми в воде ВМС, например, белками, и водорастворимыми – гидрофильными мылами, например, олеатом натрия. Эмульсии В/М стабилизируются ВМС, растворимыми в углеводородах, например, полиизобутиленом, олеофильными смолами и мылами с поливалентными катионами (олеатом кальция), не растворимыми в воде и растворимыми в углеводородах.

Эмульсии с концентрацией дисперсной фазы более 74% называют желатинированными. По физическим свойствам они отличаются от обычных. Обычные эмульсии – это жидкости, например, молоко, сливки; желатинированные – твердообразны, например, сливочное масло, маргарин, майонез, густые кремы.

Эмульсию одного типа можно превратить в эмульсию другого типа. Это явление называется обращением фаз в эмульсиях, оно достигается путем изменения природы эмульгатора.

Эмульсии получают механическим диспергированием дисперсной фазы в дисперсионной среде в присутствии соответствующего эмульгатора. Для диспергирования эмульгируемых жидкостей применяют сильное перемешивание, встряхивание, вибрации, что осуществляется с помощью специальных мешалок, коллоидных мельниц, ультразвука.

Самопроизвольное эмульгирование играет существенную роль в процессах, связанных с перевариванием и усвоением пищи животным организмом. При попадании, например, в кишечник жира сначала происходит самодиспергирование жира под влиянием ПАВ (холевых кислот), содержащихся в желчи, а затем полученная высокодисперсная эмульсия всасывается через стенку кишечника в организм.

К природным эмульсиям относится молоко, яичный желток, латекс – млечный сок каучуконосов, их которого получают натуральный каучук.

В фармацевтической промышленности многие лекарства применяются в виде эмульсий.

Пенами являются дисперсные системы, в которых дисперсная фаза – газ, а дисперсионная среда – жидкость, вытянутая в тонкие пленки. Другими словами, пены – это высококонцентрированные эмульсии газа в жидкости.

Для получения устойчивой пены необходимы стабилизаторы – пенообразователи, в качестве которых могут использоваться поверхностно-активные ВМС, мыла и др. Молекулы пенообразователя адсорбируются на границе раздела фаз таким образом, что их гидрофобная часть (углеводородный радикал) направлена в сторону газовой фазы, а гидрофильная в воду. Гидрофильная часть молекулы гидратируется водой, образуя гидратные слои определенной толщины, защищающие пузырьки газа от слияния.

Пена может быть получена встряхиванием раствора пенообразователя в цилиндре или пропусканием воздуха через пористый фильтр, помещенный в раствор пенообразователя. Третий способ состоит в том, что струя раствора с определенной высоты падает на поверхность того же раствор, находящегося в цилиндре.

Время жизни пены определяется временем существования ее определенного объема с момента возникновения до полного разрушения или временем, за которое высота столба пены убывает в два раза.

Кратность пены – это отношение начального объема пены к объему раствора пенообразователя, израсходованного на образование этой пены.

Жидкую пену, стабилизированную мылом или ВМС, можно разрушить, добавив ПАВ, вытесняющее пенообразователь с поверхности пузырьков.

Если пленки жидкости, которые разделяют пузырьки газа в пене, способны отвердевать, то можно получить практически устойчивую твердую пену (пенобетон, микропористая резина и т.д.).

Аэрозоли отличаются от лиозолей малой вязкостью дисперсионной среды и отсутствием стабилизирующей сольватной оболочки или ДЭС на поверхности дисперсных частиц. Аэрозоли неустойчивы. Любой аэрозоль со временем разрушается. Грубодисперсные аэрозоли седиментируют. Высокодисперсные аэрозоли разрушаются вследствие частых столкновений частиц между собой или со стенками сосуда (для природных аэрозолей с препятствиями: деревьями, зданиями и пр.). Частицы аэрозолей перемещаются не только под действием механических сил, но и под действием других градиентов: электрического потенциала (электрофорез); температуры (термофорез).

Способы разрушения аэрозолей заключаются в фильтрации через пористые материалы, адсорбции частиц встречным потоком распыленной жидкости, осаждении искусственно заряженных аэрозольных частиц на электрофильтрах.

3. Все дисперсные системы можно разделить на два класса: свободнодисперсные, в которых дисперсные частицы не связаны между собой и могут свободно перемещаться (золи); и связнодисперсные системы, в которых дисперсная фаза не перемещается свободно, поскольку структурно закреплена (гели).