1.1.2. Специфические особенности высокодисперсных систем

К специфическим особенностям высокодисперсных систем относятся:

Избыточная поверхностная энергия (G^s). При увеличении дисперсности резко увеличивается удельная поверхность дисперсной фазы, т.е. большая часть всех молекул или атомов, составляющих вещество, находится на поверхности раздела фаз. Эти поверхностные молекулы отличаются от молекул, находящихся внутри фазы по своему энергетическому состоянию, т.к. находятся в несимметричном силовом поле, что приводит к возникновению избыточной поверхностной энергии. Существование избыточной поверхностной энергии обуславливает все многообразие высокодисперсных систем. Избыточную поверхностную энергию можно вычислить:

, (1.2)

где σ – поверхностное натяжение; s – площадь межфазной поверхности.

Термодинамическая неустойчивость. Избыток свободной поверхностной энергии делает типичные высокодисперсные системы термодинамическими неустойчивыми. Для них характерны самопроизвольные процессы, снижающие этот избыток путем уменьшения дисперсности. При этом система, оставаясь неизменной по химическому составу, изменяет энергетические характеристики и, следовательно, коллоидно-химические свойства.

Невоспроизводимость (индивидуальность). Поверхность реальной частицы твердого тела состоит из выступов, впадин, участков различной кривизны с различными значениями поверхностной энергии G^S. Поэтому две системы одного и того же состава с одинаковой удельной поверхностью могут быть энергетически неравноценны.

Структурообразование. Любая система стремится к образованию ориентированных структур, чтобы быть термодинамической устойчивой.

Неодинаковость, неоднозначность молекул одного химического состава, связанная с существованием поверхности раздела, предопределяет огромное своеобразие свойств дисперсных систем. Увеличение удельной поверхности с ростом дисперсности и возрастание роли поверхностных явлений – основа единства рассмотрения дисперсных систем и поверхностных явлений.

Таким образом, основная и важнейшая особенность коллоидного состояния заключается в том, что значительная доля всей массы и свободной энергии системы сосредоточены в межфазных поверхностных слоях.

1.2. Классификации дисперсных систем

В современной коллоидной химии отсутствует единая классификация дисперсных систем. Причина этого заключается в том, что любая предложенная классификация принимает в качестве критерия не все свойства дисперсной системы, а только какое-нибудь из них. Рассмотрим наиболее распространенные классификации дисперсных систем.

1.2.1. Классификация по размерам частиц дисперсной фазы

В основу наиболее простой классификации дисперсных систем положены размеры частиц дисперсной фазы, т.е. дисперсность. Согласно этой классификации все дисперсные системы условно подразделяют:

• На грубодисперсные (размер частиц > 10^–5 м) – частицы видны невооруженным глазом, оседают под действием силы тяжести, не проходят через бумажные фильтры;

• среднедисперсные или микрогетерогенные (размер частиц 10^–5–10^–7 м) – частицы видны в обычный микроскоп, не проходят через бумажные фильтры;

• высокодисперсные или коллоидные (размер частиц 10^–7–10^–9 м) – частицы проходят через бумажные и стеклянные фильтры, но не проходят через ультрафильтры; невидимы в обычный микроскоп, но видимы в ультра- и электронный микроскоп.

Низкомолекулярные системы (обычные жидкости, растворы, газовые смеси) имеют размеры частиц менее 10^–9 м. Входящие в их состав молекулы и ионы невидимы в ультрамикроскоп и способны проходить через ультрафильтры.