Дисперсные системы и их классификация
Дисперсная система – это смесь, которая состоит как минимум из двух веществ, которые практически полностью или абсолютно не реагируют друг на друга, а также не смешиваются.
Дисперсная система состоит из дисперсионной среды (вещество, внутри которого распределена фаза) и дсиперсной фазы (вещество в раздробленном состоянии). Дисперсные системы представляют собой гетерогенные структуры, внутри которых одно и более веществ распределены в другом. При этом они никак не контактирую с друг другом. По сути, каждый элемент самостоятелен и при его извлечении он сохраняется свои начальные свойства. В природе примерами дисперсных систем являются продукты питания, морская вода, почва и т.п. Такие системы могут иметь любое агрегатное состояние. Иногда в среде может присутствовать несколько фаз, которые извлекают при помощи специальных центрифуг или сепараторов. Дисперсные системы можно классифицировать по их агрегатному состоянию. Всего существует три агрегатных состояния: твердое, газообразное и жидкое. Таким образом, дисперсные системы можно разделить на девять категорий, в зависимости от агрегатного состояния среды и фазы:
- Газ + газ.
- Жидкость + газ, примерами таких веществ являются туман и облака.
- Твердое тело + газа, примерами таких веществ являются пыль и дым.
- Газ + жидкость, примерами таких веществ являются пены.
- Жидкость + жидкость, примерами таких веществ являются молоко.
- Твердое тело + жидкость, примерами таких веществ являются ил, известь.
- Газ + твердое тело, примером такого вещества является пемза.
- Жидкость + твердое тело, примерами таких веществ являются грунты.
- Твердое тело + твердое тело, примерами таких веществ являются любые композиционные материалы, например, цемент и бетон.
Каждый тип классификации дисперсных систем имеет свое название. Например, жидкие вещества называются суспензии и газовые эмульсии. Газообразные вещества, за редким исключением, называются аэрозолями. Взаимодействия, в случае, когда средой является твердое тело, определяются, как пористые субстанции, сплавы или капиллярные системы.
В зависимости от типа интерактивности, дисперсные системы могут принадлежать к свободнодисперсным или связнодисперсным. Связнодисперсные системы представляют собой полутвердые или твердые системы. К таким системам относятся аморфные вещества или концентрированные пасы. Основное свойство свободнодисперсной системы заключается в их текучести, основными примерами являются разнообразные растворы и аэрозоли.
Поверхностные явления
Поверхностные явления – это совокупность явлений, которые обусловлены свойствами тонких слоев веществ, находящихся на границе раздела фаз.
Поверхностные явления происходят в поверхностных слоях на межфазных границах. Причиной их являются разные состав и строение контактирующих фаз, различия в связях поверхностных молекул и атомов. Из-за этого молекулы и атомы, находящиеся в поверхностных слоях, образовывают структуру, а само вещество принимает особое состояние, которое отличается от его обычного состояния. Поверхностные явления изучаются коллоидной химией.
Как правило, поверхностные явления классифицируют в соответствии с объединенным уравнением второго и первого начал термодинамики, в которое входят основные виды энергии:
- Теплота.
- Электрическая энергия.
- Энергия Гиббса.
- Механическая энергия.
- Химическая энергия.
Данное уравнение называется уравнение приращения Гиббса и имеет следующий вид.
Рисунок 1. Приращение Гиббса. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Преобразование (превращение) поверхностной энергии в один из вышеперечисленных видов энергии, может проявляться в виде адгезии, адсорбции, смачивания, капиллярности и т. п.
Поверхностные явления используются в химической промышленности. Почти каждое химическое производство осуществляется с использованием дисперсных систем и поверхностных явлений. Гетерогенные процессы в химическом производстве, осуществляют при условии максимального контакта между поверхностями контакта фаз. С этой целью вещества переводят в состояние пылей, суспензий, эмульсий, порошков или туманов. Так, например, процесс измельчения промежуточных продуктов или сырья, а также обогащение, происходит в дисперсных системах, в которых значимую роль играют такие явления, как смачивание, коагуляция, адсорбция, капиллярность, седиментация. В химическом производстве широко распространены дисперсные системы с твердой дисперсионной средой, например, катализаторы и адсорбенты. Закономерности протекания поверхностных явлений представляют собой основу для получения материалов с определенными свойствами: лекарственные препараты, керамика, порох, цементы, ситаллы, полимеры, сорбенты, катализаторы и т.п.
