Количественные характеристики дисперсных систем

Для количественной характеристики дисперсных систем используют три основных величины:
1. Поперечный размер частиц (диаметр, ребро куба) – d; [d] = см, м.
2. Дисперсность (Д) – величина, обратная поперечному размеру частиц: Д = 1/d; [Д] = см^-1, м^-1.

Физический смысл дисперсности – число частиц, расположенных на определенной длине, например, 1 см или 1 м.
3. Удельная поверхность (S_уд) – это межфазная поверхность (S_1.2), приходящаяся на единицу объема (V) или единицу массы вещества (m).

; [ ] = см²/см³ = см^-1(м^-1)

; [ ] = см²/г, м²/кг
Для частиц кубической формы:
Для волокон:
Для пленок:
Для частиц сферической формы:
В общем виде , где k – коэффициент формы частиц дисперсной фазы.

Для удельной поверхности массовой имеем:

,

где p – плотность массы вещества.
В зависимости от однородности частиц по размерам дисперсные системы могут быть моно- и полидисперсными. Реальные системы, как правило, полидисперсны.

                                                                 Рис. 1. Зависимость удельной

                                                                 поверхности от поперечного

                                                                 размера частиц и от дисперсности

Энергетические и геометрические характеристики поверхности.

Любая поверхность обладает избыточной энергией, которая характеризуется изменением энергии Гиббса ∆G. Величина ∆G, относящаяся к единице поверхности, называется поверхностным натяжением.

Поверхностный слой жидкости постоянно обновляется. Толщина его зависит от межмолекулярного взаимодействия и составляет несколько молекул. Плотность его колеблется от d _ж до d _п.Время пребывания молекул в поверхностном слое ~ 10^-7с. Внутренняя граница поверхностного слоя определяется по изменению структуры жидкости. Благодаря высокой подвижности молекул, находящихся в поверхностном слое жидкости, ее поверхность сплошная и энергетически однородная (эквипотенциальная).

Силы межмолекулярного взаимодействия в твердом теле значительно сильнее. Значит и время пребывания атомов или молекул вещества на поверхности будет больше и составляет, например, для вольфрама   τ=10³² c. Малая подвижность атомов в поверхностном слое обеспечивает неизменность формы твердого тела во времени. Поверхность твердого тела неоднородна (шероховата) и практически не бывает эквипотенциальной. В системах с твердой дисперсной фазой межфазная поверхность определяет профиль частиц вещества.

Важной характеристикой поверхности является ее кривизна (H) – по определению это ½ производной площади по объему.

H = 1/2 dS / dV.

Для сферических частиц  S = 4πr²; V = (4/3)πr³,

dS = 8πrdr; dV = 4πr²dr,

H = (1/2)8πrdr/4πr²dr = 1/r
Если центр окружности описывающей поверхность находится внутри тела, то H – положительна, если вне, то H – отрицательна.