Дисперсная система

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Диспе́рсная систе́ма — образования из двух или большего числа фаз (тел), которые практически не смешиваются и не реагируют друг с другом химически. 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[править | править вики-текст]

Наиболее общая классификация дисперсных систем основана на различии в агрегатном состоянии дисперсионной среды и дисперсной фазы. Сочетания трёх видов агрегатного состояния позволяют выделить девять видов 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 Дисперсионная среда Название и пример
Г/Г
Газообразная
Газообразная
Не образуют дисперсные системы
Ж/Г
Жидкая
Газообразная
Аэрозоли: туманы, облака
Т/Г
Твёрдая
Газообразная
Аэрозоли (пыли, дымы), порошки
Г/Ж
Газообразная
Жидкая
Газовые эмульсии и пены
Ж/Ж
Жидкая
Жидкая
Эмульсии: нефть, крем, молоко
Т/Ж
Твёрдая
Жидкая
Суспензии и золи: пульпа, ил, взвесь, паста
Г/Т
Газообразная
Твёрдая
Пористые тела: пенополимеры, пемза
Ж/Т
Жидкая
Твёрдая
Капиллярные системы: жидкость в пористых телах, грунт, почва
Т/Т
Твёрдая
Твёрдая
Твёрдые гетерогенные системы: сплавы, бетон, ситаллы, композиционные материалы

По кинетическим свойствам дисперсной фазы дисперсные системы можно разделить на два класса:

  • Свободнодисперсные системы, у которых дисперсная фаза подвижна;
  • Связнодисперсные системы, дисперсионная среда которых твердая, 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.

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.

По размерам частиц свободнодисперсные системы 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 — газ», например, песок.

Связнодисперсные системы (пористые тела) по классификации М. М. Дубинина подразделяют на:

Название Размер частиц, мкм
Микропористые менее 2
Мезопористые 2-200
Макропористые более 200

По рекомендации ИЮПАК, микропористыми называют пористые материалы с размерами пор до 2 нм, мезопористыми — от 2 до 50 нм, макропористыми — свыше 50 нм.

Лиофобные коллоидные растворы (золи)[править | править вики-текст]

Коллоидные системы играют огромную роль в 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.

Движение дисперсных систем[править | править вики-текст]

Изучением движения дисперсных систем занимается механика многофазных сред. В частности, задачи оптимизации различных теплоэнер­гетических устройств (паротурбинных установок, теплообменников и др.), а также разработки технологий нанесения различных покрытий делают актуальной проблему математического модели­рования пристеночных течений смеси «газ — жидкие капли». В свою очередь, значительное разнообразие структуры пристеночных течений многофазных сред, необходимость учёта различных факторов (инерционность капель, образование жидкой плёнки, фазовые переходы и др.) требуют построения специальных математических моделей многофазных сред, активно разрабатываемых в настоящее время[1].

См. также[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. Осипцов А. Н., Коротков Д. В.  Пограничный слой в парокапельной среде на лобовой поверхности горячего затупленного тела // Теплофизика высоких температур. — 1998. — Т. 36, вып. 2. — С. 291—297.

Литература[править | править вики-текст]

  • Морозова Э. Я.  Коллоидная химия. Конспект лекций. 3-е изд / Министерство здравоохранения Республики Беларус. — Витебск: ВГМУ, 2012. — 86 с. — ISBN 978-985-466-527-6.