Основные типы дисперсных систем

По дисперсности, то есть размеру частиц дисперсной фазы или отношению общей площади межфазной поверхности к объему дисперсной фазы (удельной поверхности), дисперсные системы условно делят на грубодисперсные и тонко(высоко)дисперсные. Последние, по традиции, называемые коллоидно-дисперсными или просто коллоидными системами.

В грубодисперсных системах частицы имеют размеры от 1 мкм и выше (удельная поверхность не более 1 м²/г), в коллоидных - от 1 нм до 1 мкм (удельная поверхность достигает сотен м²/г). Дисперсность оценивают по усредненному показателю (среднему размеру частиц, удельной поверхности) или дисперсному составу. Тонкопористые тела характеризуютпористостью-понятием, аналогичным дисперсности.

В свободнодисперсных системах сцепление между частицами дисперсной фазы отсутствует, каждая частица кинетически независима и при достаточно малых размерах участвует в интенсивном броуновском движении. Для структурированных (связнодисперсных) систем характерно наличие неупорядоченной пространственной сетки (каркаса), образованной частицами дисперсной фазы. Особую группу составляют высококонцентрированные дисперсные системы, в которых частицы находятся в «стесненных» условиях как, например, в периодических коллоидных структурах. Механические свойства свободнодисперсных систем определяются главным образом свойствами дисперсионной среды, а связнодисперсных систем также свойствами и числом контактов между частицами дисперсной фазы.

По агрегатному состоянию дисперсионной среды и дисперсной фазы выделяют следующие основные виды дисперсных систем:

1) аэродисперсные (газодисперсные) системы с газовой дисперсионной средой:аэрозоли(дымы, пыли, туманы),порошки, волокнистые материалы типа войлока;

2) всистемах с жидкой дисперсионной средой дисперсная фаза может быть:

-твердой (грубодисперсные суспензии, пасты, высокодисперсные золи и гели),

-жидкой (грубодисперсные эмульсии, высокодисперсные микроэмульсии и латексы),

-газовой (грубодисперсные газовые эмульсии и пены);

3) системы с твердой дисперсионной средой: стеклообразные или кристаллические тела с включениями мелких твердых частиц, капель жидкости или пузырьков газа, например, рубиновые стекла,минералытипа опала, разнообразные микропористые материалы. Отдельные группы дисперсных систем составляют многие металлическиесплавы, горные породы, сложные композиционные и другие многофазные системы.

Лиофильные и лиофобные дисперсные системы с жидкой дисперсионной средой различаются в зависимости от того, насколько близки или различны по своим свойствам дисперсная фаза и дисперсионная среда. В лиофильных дисперсных системах межмолекулярные взаимодействия по обе стороны разделяющей фазы поверхности различаются незначительно, поэтому удельная свободнаяповерхностная энергия(для жидкости - поверхностное натяжение) чрезвычайно мала (обычно сотые доли мДж/м²), межфазная граница (поверхностный слой) может быть размыта и по толщине нередко соизмерима с размером частиц дисперсной фазы. Лиофильные дисперсные системы термодинамически равновесны, они всегда высокодисперсны, образуются самопроизвольно и при сохранении условий их возникновения могут существовать сколь угодно долго. Типичные лиофильные дисперсные системы -микроэмульсии, некоторые полимер-полимерные смеси,мицеллярные системыПАВ, дисперсные системы с жидкокристаллическими дисперсными фазами. К лиофильным дисперсным системам часто относят также набухающие и самопроизвольно диспергирующиеся в водной средеминералыгруппы монтмориллонита, например, бентонитовыеглины.

Следует отметить, что в прошлом «лиофильными коллоидами» называли растворыполимеров, то есть принципиально гомогенные системы. Однако в современной терминологии понятие «коллоид» относится только к микрогетерогенным системам; по отношению к гомогенным (однофазным) системам его не употребляют.

В лиофобных дисперсных системах межмолекулярное взаимодействие в дисперсионной среде и в дисперсной фазе существенно различно; удельная свободнаяповерхностная энергия(поверхностное натяжение) велика -от нескольких единиц до нескольких сотен (и тысяч) мДж/м², граница фаз выражена достаточно четко. Лиофобные дисперсные системы термодинамически неравновесны, большой избыток свободной поверхностной энергии обусловливает протекание в них процессов перехода в более энергетически выгодное состояние. В изотермических условиях возможна коагуляция -сближение и объединение частиц, сохраняющих первоначальные форму и размеры, в плотные агрегаты, а также укрупнение первичных частиц вследствие коалесценции - слияния капель или пузырьков газа, собирательной рекристаллизации (в случае кристаллической дисперсной фазы) или изотермической перегонки(молекулярного переноса) вещества дисперсной фазы от мелких частиц к крупным (в случае дисперсных систем с жидкой дисперсионной средой - последний процесс называемый переконденсацией). Нестабилизованные и, следовательно, неустойчивые лиофобные дисперсные системы непрерывно изменяют свой дисперсный состав в сторону укрупнения частиц вплоть до полного расслоения на макрофазы. Однако стабилизованные лиофобные дисперсные системы могут сохранять дисперсность в течение длительного времени.