Дисперсные системы
Дисперсные системыизучали Ф. Сельми, М.Фарадей, Т. Грем, И.Г Борщев, Во. Оствальд, Г. Фрейндлих, А.В. Думанский, Н.П. Песков и др.
1. Виды дисперсных систем: золи Т/Ж, суспензии Т/Ж, аэрозоли Т/Г или Ж/Г (Т или Ж/Г), эмульсии Ж/Ж, пены Г/Ж, порошки Т/Г.Различие суспензий и золей – размер дисперсной фазы. От аэрозолей порошки отличаются гораздо большей концентрацией твердых частиц.
2. Классификация дисперсных систем:
I) по агрегатному состоянию дисперсной фазы и дисперсионной среды известны 8 систем.
Таблица 1
| Дисперсная фаза | Дисперсионная среда | Условное обозначение | Тип дисперсных систем | Примеры |
| Твердая | Твердая Жидкая Газообр. | Т/Т Т/Ж Т/Г | Минералы, сплавы Суспензии, золи Аэрозоль, порошки | Рубин, бриллиант, сталь Взвеси, глина, краски с твердыми пигментами, пасты, золи металлов в воде, лекарственные препараты. Пыль, дым, порошки, в том числе как лекарственные препараты. |
| Жидкая | Твердая Жидкая Газообр. | Ж/Т Ж/Ж Ж/Г | Пористые тела Эмульсии Аэрозоль | Жемчуг, опал, жидкость в пористых телах, адсорбенты (в жидкостях), почвы Кремы, молоко, майонез, природная нефть Туманы, облака, лекарственные препараты. |
| Газообразная | Твердая Жидкая | Г/Т Г/Ж | Пористые тела Пена | Твердые пены, пемза, хлеб, адсорбенты (в газах). Взбитые сливки; пены: мыльные, протиивопожарные, фтотационные; лекарственные препараты. |
По Зигмонди: солидозоли – системы с твердой дисперсионной средой; лиозоли (золи) – с жидкой дисперсионной средой; аэрозоли – с газообразной дисперсионной средой.
II) по степени дисперсности (по размеру частиц дисперсной фазы). это гетерогенные системы, неустойчивы.
а) грубодисперсные с размером частиц более 10-7м – суспензии, эмульсии, порошки, пены; это гетерогенные системы, неустойчивы.
б) коллоидные системы с размером частиц от 10-7 – 10-9м - золи; это ультрамикрогетерогенные системы (гетерогенность обнаруживается только с помощью ультрамикроскопа), довольно устойчивы.
В этом разделе традиционно, для сравнения, рассматривают истинные растворы:
ü молекулярно-дисперсные системы, имеющие частицы порядка 10-10м. Это, как правило, растворы неэлектролитов (спирт, глюкоза, мочевина) и слабых электролитов (уксусная кислота);
ü ионно-дисперсные системы, имеющие частицы меньше 10-10м, это растворы электролитов (раствор хлорида натрия.
Растворы – гомогенные системы, они устойчивы.
III) по межфазному взаимодействию. В зависимости от интенсивности взаимодействия дисперсной фазы и дисперсионной среды различают системы:
- лиофильные – сильное взаимодействие дисперсной фазы и дисперсионной среды (дисперсная фаза хорошо смачивается, набухает или растворяется). Пример лиофильных систем – растворы мыл (натриевые и калиевые соли высших карбоновых кислот), алкалоидов (азотсодержащие органические основания природного происхождения), таннидов (или таннины – фенольные соединения растительного происхождения, содержащие большое количество групп –ОН), некоторых красителей. Образуются самопроизвольно и являются обратимыми. Термодинамически устойчивыми.
- лиофобные – слабое взаимодействие дисперсной фазы и дисперсионной среды (дисперсные частицы плохо смачиваются, не набухают и не растворяются.). Лиофобные - коллоиды малорастворимых веществ: металлов, гидроксида железа (III), в биологических системах – нерастворимые соли кальция, магния, холестерин. Лиофобные золи могут существовать длительное время только в присутствии стабилизаторов и являются необратимыми. Термодинамически неустойчивые.
Если дисперсионной системой является вода, то соответствующие системы называются гидрофильными или гидрофобными.
IV) по структуре: связаннодисперсные, свободнодисперсные рис.1.
Свободнодисперсные – частицы дисперсной фазы не связаны между собой – суспензии, эмульсии, золи, аэрозоли, лекарственные пасты (цинковая паста).
Связаннодисперсные – частицы дисперсной фазы образуют пространственную сетку и фаза не может свободно перемещаться – гели («студнеобразное» состояние, получены из золей) и студни (ВМС), пены, биологические мембраны, твердые растворы (сплавы), пористые тела.
Деление условно. Процессы структурообразования, протекающие в свободнодисперсных системах, могут закончиться образованием связаннодисперсных систем. Золь переходит в гель. И наоборот. Наблюдается тиксотропия – обратимое изменение физико-механических свойств системы.
|                           
|          
| |||
| твердый коллоид | ↔ гель | ↔ золь | |||
| связаннодисперсная система | свободнодисперсная система |
3. Методы получения коллоидных систем (Методическое руководство к практикуму по общей химии, стр.161-163).
| конденсирование | диспергирование | |||
| Истинный раствор | ¾¾® | Коллоидный раствор | ¾¾ | Грубодисперсная система |
А. Получение суспензий.
Суспензии, так же как и любую другую дисперсную систему, можно получить двумя группами методов: со стороны грубодисперсных систем диспергационными методами, со стороны истинных растворов - конденсационными методами.
Т. к. суспензии - это взвеси порошков в жидкости, наиболее простым и широко распространенным как в промышленности, так и в быту методом получения разбавленных суспензий является взбалтывание соответствующего порошка в подходящей жидкости с использованием различных перемешивающих устройств (мешалок, миксеров и т.д.). Для получения концентрированных суспензий (паст) соответствующие порошки растирают с небольшим количеством жидкости.
Суспензии образуются также в результате коагуляции лиозолей. Следовательно, способы осуществления коагуляции — это одновременно и методы получения суспензий.
Б. Получение эмульсий.
Система из двух несмешивающихся жидкостей будет находиться в термодинамически устойчивом состоянии, если она будет состоять из двух сплошных слоёв: верхнего (более лёгкая жидкость) и нижнего (более тяжёлая жидкость). Как только мы начнём один из сплошных слоёв дробить на капельки, чтобы получить эмульсию, будет возрастать межфазная поверхность, а, следовательно, свободная поверхностная энергия и система станет термодинамически неустойчивой. Чем больше энергии будет затрачено на образование эмульсии, тем более неустойчивой она будет. Чтобы предать эмульсии относительную устойчивость, используют специальные вещества – стабилизаторы, называемые эмульгаторами. Это ПАВ или ВМС, которые абсорбируются на границе раздела фаз и снижают поверхностную энергию Гиббса (межфазное натяжение); в результате образуется механически прочная абсорбционная пленка. Практически все эмульсии (за исключением некоторых, образующихся самопроизвольно) получают только в присутствии эмульгаторов.
Эмульсии – это, как минимум, трехкомпонентные системы, состоящие из полярной жидкости, неполярной жидкости и эмульгатора. При этом одна из жидкостей находится в виде капель. Капли требуемых размеров могут быть получены двумя различными путями: конденсационным методом, выращивая их из малых центров каплеобразования, и диспергационным, дробя крупные капли.
Наиболее распространённым как в лабораторной, так и в производственной практике являются диспергационные методы.
Методы очистки коллоидных систем.
Дополнительно смотри в методическом руководстве (стр. 163.)
а) Фильтрация (лат. filtrum - войлок),
б) Диализ (греч. dialysis - отделение). Компенсационный диализ. Электродиализ.
в) Ультрафильтрация (лат. ultra – сверх).
г) Обратный осмос.
5. Образование, строение и заряд коллоидной частицы. Формула мицеллы. Строение двойного электрического слоя. Электрокинетический потенциал.
Смотри также методическое руководство (стр. 164-165.)