Дисперстные системы

При распределении в какой-либо среде мелко раздробленных частиц другого вещества образуются дисперсные системы. Среда, в которой вещество находится в раздробленном состоянии, получила название дисперсионной среды, а раздробленное вещество — дисперсной фазы. Наиболее общая классификация дисперсных систем основана на различии в агрегатном состоянии дисперсной фазы и дисперсионной среды. Три агрегатных состояния позволяют выделить восемь типов дисперсных систем. Сокращенно тип дисперсной системы записывают обычно в виде дроби с индексом (первая буква названия состояния) дисперсной фазы в числителе, и с индексом дисперсионной среды в знаменателе (например Ж/Т – дисперсионная среда твёрдая, дисперсная фаза - жидкая). По подвижности частиц дисперсной фазы дисперсные системы делят на два класса: свободнодисперсные – бесструктурные системы в которых частицы дисперсной фазы не связаны друг с другом в одну сплошную сетку и могут перемещаться по объему дисперсионной среды; связнодисперсные - системы в которых частицы связаны друг с другом за счет межмолекулярных сил, образуя в дисперсионной среде пространственные структуры и твердой дис­персионной средой, в которой частицы дисперсной фазы не могут свободно перемещаться. В свою очередь оба класса систем классифицируют по размерам частиц дисперсной фазы, причем для свободно- и связнодисперсных систем классификация имеет существенные различия. Связнодисперсные системы, к которым относятся твердые пористые тела, классифицируются по размеру пор: микропористые - размер пор до 2·10^-9; переходнопористые - от 2·10^-9 до 200·10^-9 м; макропористые - радиус пор больше 200·10^-9 м. Свободнодисперсные системы подразделяются на ультрамикрогетерогенные: размер частиц 10^-9-10^-7 м; микрогетерогенные - размер частиц 10^-7 -10^-5 м; грубодисперсные – размер частиц больше 10^-5 м. Из определения гетерогенных систем следует, что межфазные поверхности могут существовать при наличии в системе конденсированных (твердых или жидких) фаз. Поэтому, как правило геометрические параметры систем относят к наиболее плотной фазе, рассматривая ее как дисперсную фазу. Для количественной характеристики размеров частиц используют две величины:- Дисперсность (D) - величина обратная наименьшему линейному размеру частиц:

D = 1\a м^-1 где а - размер частицы в(м).

Например, дисперсность сферических частиц будет определяться:

D = 1\d где d - диаметр частицы.

- Удельная поверхность (S_уд): отношение площади межфазной поверхности к объему конденсированной фазы системы, которую она ограничивает:

S_уд=S_1.2\V м²\м³ где: S_1,2 - площадь поверхности между фазами 1 и 2 V - объем наиболее конденсированной фазы.

Часто величину удельной поверхности относят к массе дисперсной фазы:

S_уд=S_1.2\V x Ро=S_1.2\m м²\кг

Дисперсные системы с одинаковыми по размеру частицами называют монодисперсными; если система образована частицами различного размера; то ее называют полидисперсной. Для монодисперсных систем, величину удельной поверхности можно определить по размеру отдельной частицы. Например, для кубических частиц:

S_уд=S_1.2\V=6L²\L³=6\L=6D где: L - длина ребра куба.

Для сферических частиц:

S_уд=S_1.2\V=пd²\1/6пd³=6\d=6D где: d – диаметр частицы

Величина межфазной поверхности и размер частиц дисперсной системы взаимосвязаны при постоянном объеме дисперсной фазы, величина межфазной поверхности тем больше, чем меньше размер частиц.

Размеры частиц дисперсной фазы могут достигать единиц нанометров, соответственно величина удельной поверхности может иметь значения тысячи и более м² на грамм дисперсной фазы. Например, таблетки активированного угля, применяемого в медицине, имеет величину удельной поверхности 400-600 м²/г.