1.1. Классификация дисперсных систем по размеру частиц дисперсной фазы

Дисперсные системы классифицируют по размеру частиц дисперсной фазы, а также по агрегатному состоянию дисперсной фазы и дисперсионной среды.

Известно, что размеры частиц дисперсной фазы оказывают влияние на свойства дисперсных систем. В этом можно убедиться на примере таких явлений, как самовозгорание некоторых металлов и набухание полимеров.

Обычный кусок железа не горит. Если получить из железа тонкораздробленный порошок, можно наблюдать его самовоспламенение при контакте с воздухом:

4Fe(т) + 3O₂(г)  2Fe₂O₃(т); △Н < 0.

Пирофорность (самопроизвольное воспламенение) тонкоизмельченного металлического порошка [др.-греч.  огонь и  несущий] объясняется высокой степенью дисперсности. Большая удельная поверхность (s_уд) металлического порошка приводит к тому, что в экзотермическом процессе окисления кислородом одновременно принимает участие огромное количество атомов металла, расположенных на поверхности порошка. Энергия в форме теплоты, выделяющаяся в результате реакции окисления, протекающей с высокой скоростью, не успевает выделяться в окружающую среду. Происходит быстрое разогревание массы порошка и, соответственно, увеличение скорости реакции настолько, что металл ослепительно горит.

Другим примером влияния дисперсности системы на её свойства является набухание некоторых сортов резины (эластичного полимера, содержащего различные наполнители, например, сажу). Набухание – процесс поглощения растворителя, сопровождающийся увеличением массы и объема полимера. Многие органические соединения, например бензол, проникают в полимер, увеличивая размеры материала в несколько раз. При насыщении полимера растворителем образуется двухфазная дисперсная система: насыщенный раствор растворителя в высокомолекулярном соединении (гель) и насыщенный раствор высокомолекулярного соединения в растворителе.

Ограничимся двумя приведенными примерами влияния поверхности на свойства дисперсных систем и обратимся к классификации дисперсных систем.

По размеру частиц дисперсные системы делятся на три класса (табл. 1.). Самые маленькие размеры частиц имеют высокодисперсные системы или коллоидные растворы. Их называют также золями. Частицы золя (10^9  10^7м) настолько малы (10^9  10^7м), что их невозможно увидеть в оптический микроскоп, но они представляют собой агрегаты, состоящие из множества атомов, молекул или ионов. В средне- и грубодисперсных системах частицы становятся заметны даже невооруженным глазом.

Т а б л и ц а 1

Классификация дисперсных систем по размеру частиц дисперсной фазы

Класс	Размеры частиц, м	Дисперсность, м1	Примеры
Высокодисперсные (коллоидные растворы или золи)	109  107	109  107	Мыльная вода
Среднедисперсные	107  105	107  105	Цемент
Грубодисперсные	> 105	< 105	Речной песок

Высокодисперсные системы приближаются к истинным растворам по размеру частиц дисперсной фазы, но лишь приближаются. В истинных растворах структурными единицами раствора являются атомы, молекулы, ионы, размеры которых 10^9 м и меньше.

Называя высокодисперсные системы коллоидными растворами, исследователи подчеркивают, что твердые, жидкие или газообразные частицы дисперсной фазы настолько малы, что участвуют в тепловом движении вместе с молекулами дисперсионной среды, перемещаясь по всему объему этой среды. При этом коллоидные растворы называют гидрозолями, если дисперсионной средой является вода, и аэрозолями, если дисперсионной средой является газ.

Пример. Концентрация пыли в аудитории 0.5 мг/м³ при среднем диаметре частиц 10^6 м. Средняя плотность частичек пыли 1.1 г/см³. Определим количество частичек пыли в воздухе помещения.

Считаем, что частицы пыли имеют сферическую форму. Тогда объем одной частицы вычисляется по уравнению: V₁ = 4/3r³, а её массу находим по уравнению m₁ = V₁₁. Масса дисперсной фазы в 1 м³ известна и равна m = 0.510^6 кг/м³.

Располагая необходимыми данными, вычисляем число частиц (n) пыли, содержащихся в 1 м³ аудиторного воздуха:

или 870 частиц в 1 см³.