Классификация дисперсных систем

Признак классификации	Название системы
Размер частиц дисперсной фазы:
до 1 нм	Ультрамикрогетерогенная (наносистема)
1–10 нм	Ультрадисперсная
10 нм – 1 мкм	Высокодисперсная
1 – 100 мкм	Грубодисперсная
Фракционный состав частиц дисперсной фазы:
частицы одинакового размера	Монодисперсная
частицы разного размера	Полидисперсная
Концентрация частиц дисперсной фазы:
малая	Свободнодисперсная или связнодисперсная
большая	Связнодисперсная или свободнодисперсная
Характер взаимодействия дисперсных частиц с дисперсионной средой:
слабое	Лиофобная
сильное	Лиофильная
Характер распределения фаз:
сплошное	Континуальная
сетка тонких прослоек	Биконтинуальная
Форма частиц:
Длина, ширина и толщина примерно одинакова (от 1 нм до 10 мкм)	Объёмные (трехмерные)
толщина одинакова (1 нм – 10 мкм), а длина и ширина значительно больше и могут иметь макроскопические значения (более 100 мкм)	Поверхностные (двухмерные)
очень тонкие нити, волокна, диаметр поперечного сечения составляет от 1 нм до 10 мкм	Линейные (одномерные)
сферическая, кубическая	Симметричные
эллипсоидная, призматическая	Анизодиаметричные

 

Классификация по агрегатному состоянию. Наиболее общая классификация дисперсных систем основана на различии в агрегатном состоянии дисперсионной среди и дисперсной фазы. Сочетания трех 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.

Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию дисперсной фазы и дисперсионной среды

Обозначение	Дисперсная фаза	Дисперсионная среда	Название и пример
Ж/Ж	Жидкая	Жидкая	Эмульсии: нефть, крем, молоко
Т/Ж	Твёрдая	Жидкая	Суспензии и золи: пульпа, ил, взвесь, паста
Г/Ж	Газообразная	Жидкая	Газовые эмульсии, пены, газированная вода
Ж/Т	Жидкая	Твёрдая	Капиллярные системы: жидкость в пористых телах, грунт, почва, клетки, жемчуг
Т/Т	Твёрдая	Твёрдая	Твердые гетерогенные системы: сплавы, бетон, ситаллы, композиционные материалы, горные породы
Г/Т	Газообразная	Твёрдая	Пористые тела, мембраны, пемзы
Ж/Г	Жидкая	Газообразная	Аэрозоли: туманы, облака
Т/Г	Твёрдая	Газообразная	Аэрозоли (пыли, дымы), порошки
Г/Г	Газообразная	Газообразная	Дисперсная система не образуется

 Все перечисленные комбинации возможны и реально существуют.

Несколько особняком стоит первый случай — Г₁/Г₂. Как правило, смеси газов образуют гомогенную молекулярно-дисперсную систему. И только некоторые газы при высоком давлении способны давать смесь с ограниченной растворимостью — гетерогенные смеси. Следует также отметить своеобразие таких систем, как пены, пенопласты, концентрированные эмульсии, пасты. Своеобразие заключается в том, что в этом случае диспергирована не только дисперсная фаза, но и дисперсионная среда, так как частицы диспергированного материала разделены тончайшей пленкой среды; толщина пленки может достигать коллоидных размеров, т. е. среда также коллоидно-дисперсна, но только в одном измерении — по толщине.

В коллоидно-дисперсном состоянии дисперсная фаза состоит из сравнительно небольшого числа молекул. Отдельные коллоидные частицы представляют собой, по существу, зародыши фазы, агрегатное состояние которой иногда трудно установить с полной уверенностью.

Кроме того, опыт показывает, что различие в агрегатном состоянии диспергированного вещества (при неизменном агрегатном состоянии дисперсионной среды) не влечет за собой существенных изменений в свойствах коллоидной системы. В связи с этим классификация упрощается, и возможные девять типов дисперсных систем можно свести к трем — по агрегатному состоянию среды: системы с газообразной, жидкой и твердой средой. Для краткости их именуют соответственно аэрозоли, лиозоли и солидозоли. В зависимости от природы дисперси­онной среды лиозоли называют гидрозолями, алкозолями, этерозолями и т. д. Дисперсионной средой этих золей является соответственно вода, спирт, эфир. Микрогетерогенные системы с жидкой дисперсионной средой и твердой дисперсной фазой называют суспензиями, с жидкой дисперсной фазой — эмульсиями.

Указанные три группы золей существенно отличаются друг от друга свойствами, в частности устойчивостью. Вопрос об устойчивости коллоидных систем — это очень важный вопрос, касающийся непосредственно самого их существования. Поэтому он заслуживает более внимательного рассмотрения. Ранее уже отмечалось, что коллоидно-дисперсные системы термодинамически неустойчивы. Но это положение следует уточнить, тем более, что для различных золей (аэрозолей, лиозолей, солидозолей) окончательная обстановка складывается неодинаковой.

Суспензии — дисперсные системы, в которых дисперсной фазой является твердое вещество, а дисперсионной средой — жидкость, — причем твердое вещество практически нерастворимо в жидкости. Чтобы приготовить суспензию, надо вещество измельчить до тонкого порошка, высыпать в жидкость, в которой вещество не растворяется, и хорошо взболтать (например, взбалтывание глины в воде). Со временем частички выпадут на дно сосуда. Этот процесс называется седиментацией. Очевидно, чем меньше частички, тем дольше будет сохраняться суспензия. Поэтому седиментационная неустойчивость тем выше, чем крупнее частицы.

Эмульсии — дисперсные системы, в которых и дисперсная фаза и дисперсионная среда являются жидкостями, взаимно не смешивающихся. Из воды и масла можно приготовить эмульсию длительным встряхиванием смеси. Примером эмульсии является молоко, в котором мелкие шарики жира плавают в жидкости. Суспензии и эмульсии — двухфазные системы.

Пены. Как и эмульсии, пены — грубодисперсные системы, Поэтому во многих технологических процессах пены получают теми же диспергационными методами, которые применяют для получения газовых пузырьков.

Аэрозоль – дисперсная система, состоящая из мелких, твёрдых или жидких частиц, взвешенных в газовой среде. Аэрозоли, дисперсная фаза которых состоит из капелек жидкости, называются туманами, а в случае твёрдой дисперсной фазы – дымами. Пыль относят к грубодисперсным аэрозолям.

По размерам частиц свободнодисперсные системы подразделяются

Название	Размер частиц, м
Ультрамикрогетерогенные	10-9-10-7
Микрогетерогенные	10-7-10-5
Грубодисперсные	более 10-5

Ультрамикрогетерогенные системы также называют коллоидными растворами или золями. В зависимости от природы дисперсионной среды, золи подразделяют на твердые 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 вещество—газ, например, песок. Связнодисперсные системы (пористые тела) по классификации М.М. Дубинина подразделяют на группы

Название	Размер частиц, нм
Микропористые	менее 2
Переходнопористые	2-200
Макропористые	более 200