Понятие о дисперсных системах: виды и классификация

Понятие и определение

Дисперсные системы — это гетерогенные структуры, внутри которых одно или несколько веществ распределены в другом. Между собой они никак не контактируют, химические или другие реакции полностью отсутствуют. Также нет путаницы. Фактически, каждый элемент независим и, если вы его извлечете, он сохранит свое исходное состояние.

Вещество, которое больше всего присутствует в соединении, называется дисперсной средой, вторичная — фазой. Частицы между собой не взаимодействуют, есть еще некий слой, который их разделяет. Следовательно, системы бывают неоднородными или неоднородными.

Примеры дисперсных систем постоянно встречаются в природе: морская вода, почва, большинство пищевых продуктов и т.д., которые могут иметь любое агрегатное состояние. Иногда в среде одновременно присутствует несколько фаз. Затем их изолируют с помощью центрифуги или метода разделения.

Классификация по агрегатному состоянию

Классификация дисперсных систем проводится по агрегатным состояниям вещества. Бывают трех типов: жидкие, твердые и газообразные. Таким образом, разделение происходит на 9 основных категорий, примеры и описания которых можно найти в таблице ниже.

Визуализация	Среда	Фаза	Пример
Газ x 2	Газ	Газ	Отсутствует
Жидкость + газ	Газ	Жидкость	Туман, облако
Твердый корпус (далее ТТ) + газ	Газ	TT	Дым, пыль
Газ + жидкость	Жидкость	Газ	Любая пена
Жидкость x 2	Жидкость	Жидкость	Молоко
ТТ + жидкость	Жидкость	TT	Известь, ил
Газ + ТТ	TT	Газ	Пемза
Жидкость + твердое тело	TT	Жидкость	Грунтовка
TT + TT	TT	TT	Любой композитный материал, например бетон или цемент

У каждого типа классификации, в свою очередь, есть свое название. Например, газообразные соединения в основном называют аэрозолями, за редким исключением. Жидкие вещества — эмульсии или газовые суспензии. Взаимодействия, когда среда является твердым телом, определяются как сплавы, капиллярные системы или пористые вещества.

Классификация дисперсных систем

Дисперсные системы — это образования, которые включают две и более фаз, практически не смешиваются и не взаимодействуют между собой. В одном веществе, называемом дисперсионной средой, другое вещество распределено в виде дисперсной фазы. В зависимости от размера частиц дисперсной фазы системы классифицируются следующим образом:

• молекулярный ион (<1 нм) — истинные растворы;
• коллоидный (1-100 нм), например, раствор крахмала в воде;
• крупнодисперсный (> 100 нм), например вода с песком.

Наиболее полная классификация дисперсных систем основана на агрегатном состоянии среды и фаз. За счет сочетания трех типов агрегатного состояния выделяют девять разновидностей двухфазных дисперсных систем.

Краткое обозначение таких систем представлено в виде дроби с числителем, обозначающим дисперсную фазу, и знаменателем, определяющим дисперсионную среду. Примером может служить обозначение G / L для системы «газ в жидкости».

По характеру кинетических свойств фазы двухфазные дисперсные системы делятся на два класса:

• свободно-дисперсные системы с подвижной дисперсной фазой;
• когезионные системы, диспергированные с твердой дисперсионной средой, связанные между собой частицами дисперсной фазы, которые остаются неподвижными.

Рассмотренные дисперсные системы делятся по степени дисперсности. В том случае, если частицы дисперсной фазы в системе имеют одинаковые размеры, такая система называется монодисперсной. Если частицы фазы различаются по размеру, система полидисперсна. Полидисперсные системы чаще встречаются в реальном мире.

Есть примеры дисперсных систем, различающихся большим количеством фаз. Такие комплексы называют дисперсными сложными системами. В качестве примера можно рассмотреть процесс кипения жидкой дисперсионной среды с дисперсной твердой фазой, который приводит к образованию трехфазной системы «пар — капли — твердые частицы».

Молоко может относиться к сложным дисперсным системам. Вещество содержится в высокой концентрации, за исключением воды, жира, казеина, молочного сахара. Жир в молоке находится в форме эмульсии; при хранении продукта медленно поднимается наверх, образуется крем.

Казеин представляет собой коллоидный раствор и не выводится сам по себе. С другой стороны, казеин довольно легко осаждается при подкислении молока, например, с помощью уксуса. В результате образуется творог. Естественное высвобождение казеина можно наблюдать, когда молоко скисает. Молочный сахар в молоке — это молекулярный раствор, который может высвободиться только при испарении воды.

Классификация систем свободной дисперсии по размеру частиц:

Ультрамикрогетерогенные системы еще называют коллоидными или зольными. По характеру дисперсной среды золи классифицируются следующим образом:

• твердые вещества;
• аэрозоль (золь с газовой дисперсионной средой);
• лиозоли (золи, характеризующиеся дисперсионной средой в жидком агрегатном состоянии).

Микрогетерогенные системы представлены следующими видами:

• подвески;
• эмульсии;
• мыло;
• порошки.

Примечание 1

Среди наиболее распространенных грубодисперсных систем можно отметить комплексы «твердое тело-газ». Пример такой системы — песок.

Определение 3

Суспензии — это дисперсионные системы, в которых фазы хорошо видны визуально даже невооруженным глазом.

Непрозрачность — ключевая особенность взвешенных веществ. Если необходимо разделить среду и второстепенное вещество, можно использовать стандартные фильтры или провести процедуру осаждения. Классификация подвески:

1. Эмульсии. Эта система включает среду и фазу, которые находятся в жидком агрегатном состоянии, которые не вступают в химические реакции друг с другом и не растворяются. Обычно эмульсии готовят путем гомогенизации. К этому типу системы можно отнести большинство лекарств или молока.
2. Подвески. В этом случае среда имеет жидкое агрегатное состояние, а фаза представляет собой твердую структуру. Суспензия образуется при заливке порошка в жидкость. В результате получается жидкая композиция благодаря очень мелкой фазе. Когда конструкция неподвижна, наблюдаются осадки. В качестве примеров суспензий можно привести практически все строительные смеси.
3. Аэрозоль. Эта система состоит из газообразного вещества, в котором распределена суспензия. Аэрозоли часто встречаются в природе и в повседневной жизни. Например, аэрозоли — это обычные грозы или облака, туманы и некоторые виды осадков. Большинство химических смесей, предназначенных для обработки растений в сельском хозяйстве, относятся к этому типу дисперсных систем.

Подвески имеют большое значение для хозяйственной деятельности человека и природных процессов. В производстве активно используются решения. В окружающей среде широко распространены природные водные соединения, благодаря которым формируются почвы и почва насыщается питательными веществами. Подвески — непосредственные участники жизни всех живых существ.

Коллоидные системы важны для биологии и жизни человека. Биологические жидкости организма состоят из веществ, находящихся в коллоидном состоянии. Биологические объекты, такие как мышечные и нервные клетки, считаются коллоидными растворами. Среда для диспергирования крови представляет собой плазму, то есть водный раствор неорганических солей и белков.

Коллоидные системы отличаются от суспензий тем, что их разделение возможно только при наличии современного оборудования и специальных препаратов. Визуально эти комплексы можно идентифицировать как однородные вещества. По этой причине трудно определить дисперсность коллоидных систем. Выделяют следующие виды:

1. Коллоидные растворы или золь. Эти системы объединяет общее свойство прозрачности. В процессе определения дисперсности систем через жидкость пропускают прямой световой луч. В результате отображается «след». Явление объясняется отражением лучей частицами фазы (конусом Тиндаля). Эти системы включают, например, крахмал, белок, клей, лимфу и кровь. Для отделения среды от распределенного в ней вещества используется профессиональное оборудование. Если оставить растворы или золи на длительное время, осадок не образуется.
2. Гели или желе. Например, мы можем поставить различные лекарственные препараты, кондитерские кремы, желе. Большинство этих систем на ранних стадиях производства находится в форме золя. При понижении температуры происходит переход в новое состояние. Некоторые системы превращаются в упругие твердые тела, такие как пластилин или пластилин.

Коллоидные системы имеют большое значение для химии. Эти системы получаются путем смешивания с помощью специальной техники. Производство таких конструкций способствует созданию множества медицинских приборов, удобрений и других полезных материалов.

Типы растворов высокомолекулярных веществ:

• настоящий;
• коллоидный.

Принадлежность к той или иной группе определяется свойствами высокомолекулярного вещества, такими как:

• тип фазы;
• среда;
• температура;
• прочие условия.

Свойства высокомолекулярных веществ:

1. Низкая скорость перемешивания (медленная диффузия).
2. На первом этапе вещества набухают, а затем перемешиваются.
3. Полимерный и истинный растворы имеют ряд существенных отличий.
4. Законы, которые выполняются для одних систем (Рауль, Вант-Хофф), не характерны для других.
5. Для всего образованного вещества свойства могут отличаться из-за разного направления и / или размера молекул.
6. Вещества обладают высокой вязкостью.

Заметка 2

Для некоторых полимерных растворов характерно самопроизвольное образование. В том случае, если набухание производится неорганическим способом, дисперсная система перестает существовать. Это связано с полным растворением фазы в среде, которое сопровождается химической реакцией. Если метод набухания органический, то можно наблюдать прием киселя.

Отдельно выделяют когезионные дисперсные системы, в состав которых входят пористые материалы. В зависимости от размера пор эти вещества классифицируются следующим образом (классификация М.М. Дубинина):

Согласно рекомендациям IUPAC, пористые материалы с размером пор до 2 нм называются микропористыми, мезопористыми — от 2 до 50 нм, макропористыми — более 50 нм.

Классификация пористых материалов по структуре:

1. Корпускулярные тела, образующиеся за счет разрастания некоторых структурных компонентов, которые очень часто имеют разные формы и размеры. Промежуточные элементы могут быть непористыми или иметь первичную пористость, например пористая керамика, бумага, ткань. Роль пор играют промежутки между компонентами конструкции.
2. Губчатые тела являются результатом топохимических реакций, выщелачивания некоторых компонентов гетерогенных твердых систем, пиролитического разложения твердых тел, поверхностной и объемной эрозии. Поры губчатых тел образуют сеть каналов и полостей различной формы и неравномерного переменного сечения.

В зависимости от геометрических характеристик пористые структуры классифицируются следующим образом:

• регулярные, с правильным чередованием отдельных пор или полостей и каналов, их соединяющих;
• стохастический, при котором ориентация, форма, размер, взаимное положение и соотношение пор определяются случайным образом.

Большинство пористых материалов имеют стохастическую структуру.

Характеристики пор:

• открытые поры сообщаются с поверхностью, что обеспечивает фильтрацию жидких или газообразных сред;
• тупиковые поры аналогично сообщаются с поверхностью объекта, но не влияют на проницаемость материала;
• закрытые поры.

Композиционные материалы можно назвать примерами неоднородных твердых систем. Композиты — это искусственно полученные твердые, но неоднородные структуры. В состав этих материалов могут входить два и более компонентов. Отличительная черта — четкое сопряжение составляющих элементов. Помимо слоистых материалов, большинство компонентов композиционных материалов подразделяются на следующие группы:

• матрица, обеспечивающая совместную работу армирующих элементов;
• компоненты армирования, отвечающие за механические параметры материала.

Самые старые композиты — это саман, железобетон, дамаст, папье-маше. В современной промышленности активно практикуется использование стеклопластика, стекловолокна и металлокерамики.

Существующие виды

Фазовые частицы могут взаимодействовать друг с другом. При этом окружающая среда остается стабильной, никаких химических реакций с ней не происходит. В зависимости от типа интерактивности образуются типы дисперсных систем:

• Бесплатно отсутствует. Главное и главное свойство такой системы — текучесть. Поэтому сюда входят любые аэрозоли и растворы.
• Связь отсутствует. Это твердые или полутвердые системы. К ним относятся все концентрированные ходы или аморфные вещества.

Некоторые вещества могут быть двух типов одновременно. Отдельные золи достаточно текучие при нормальной температуре, чтобы их можно было классифицировать как свободно диспергированные. Однако, если степень уменьшается, молекулы связываются друг с другом сильнее, приобретая характеристики твердого тела. Следовательно, они переходят в когерентно-дисперсную форму.

Взвеси и их особенности

Те дисперсные системы, фазы которых легко определить невооруженным глазом, называются суспензиями. Их характеристика — непрозрачность. Если необходимо разделить среду и второстепенное вещество, можно использовать проточные фильтры или процедуру осаждения. Категория делится на разные типы:

• Эмульсии. Фаза и среда находятся в жидком агрегатном состоянии, не взаимодействуют между собой и не растворяются. Многие из них получены путем гомогенизации. К ним относятся большинство лекарств или молоко.
• Подвески. Здесь среда представляет собой жидкость, а фаза — твердую структуру. Получается при высыпании порошка в жидкость. Структура жидкая, так как фаза очень поверхностная. Если оставить конструкцию неподвижной, образуется осадок. Практически все минометы попадают в эту категорию.
• Аэрозоль. В этом случае подвеска находится в газе. Примеров много, как в природе, так и в повседневной жизни. Например, обычная гроза или облака, туман и некоторые виды осадков. Большинство химикатов, производимых для обработки сельскохозяйственных конструкций, также являются аэрозолями.

Подвески важны как в человеческой деятельности, так и в естественных процессах. Практически все производство основано на использовании растворов (удобрений, металлов, бумаги и т.д.). В окружающем мире также постоянно встречаются природные соединения с водой, например, образование почвы или насыщение почвы полезными веществами. Они также принимают непосредственное участие в жизни всего живого.

Коллоидные системы

В отличие от суспензий, коллоидные системы невозможно разделить без использования современных технологий или специальных препаратов. Без правильного инструмента и невооруженным глазом они выглядят как однородное вещество. По этой причине становится трудно определить дисперсию. Они делятся на два типа:

• Растворы или раствор. Главное свойство — прозрачность. Чтобы определить наличие дисперсии, через жидкость можно пропустить прямой световой луч. Затем появляется «трек». Фазовые частицы отражают лучи, образуя таковые. Например, мы можем рассматривать крахмал, белки, клей в организме человека: лимфу или кровь. Техника используется для разделения среднего и второстепенного вещества. Даже при длительном стоянии осадок не образуется.
• Гели или желе. Это различные препараты, кондитерские кремы, кисели и многое другое. Многие из них изначально золь, а затем переходят в новое состояние при понижении температуры. Люди превращаются в упругие твердые тела, такие как пластилин или пластилин.

В то время как суспензии играют важную роль в природных процессах, коллоидные системы являются неотъемлемой частью химии. Чаще всего их добывают путем перемешивания на специальном оборудовании. Без такой конструкции было бы невозможно создать множество лекарств, удобрений и других полезных материалов.

Характеристика и особенности строения

Дисперсные системы представляют собой гетерогенные смеси, в которых одно или несколько веществ распределены в другом. Каждый компонент системы имеет свои свойства. После удаления из системы его статус будет соответствовать исходному.

Определение 2

Вещество, содержание которого в дисперсной системе больше, называется дисперсионной средой.

Второстепенное вещество — дисперсная фаза. В дисперсной системе взаимного взаимодействия между частицами не наблюдается. В то же время существует определенный слой, который их разделяет. Функцию этого слоя выполняет вещество, образующее дисперсионную среду. В связи с этим системы называют гетерогенными или гетерогенными.

Пример 1

Примеры дисперсных систем:

• морская вода;
• почва;
• большая часть еды.

Перечисленные системы могут иметь любое агрегатное состояние. В некоторых случаях допускается одновременное выполнение нескольких этапов. Их можно выделить центрифугированием или разделением.

Определение 3

Дисперсная фаза — вещество, которое равномерно распределено в окружающей дисперсной среде и не взаимодействует ни с ней, ни с другой дисперсной фазой, если она присутствует в дисперсной системе.

Дисперсная фаза может состоять из частиц, капель или пузырьков одинакового или разного размера, которые расположены на некотором расстоянии друг от друга. По кинетическим свойствам (фазовой подвижности) выделяют следующие типы дисперсных систем:

• дисперсная подвижная фаза;
• стационарная фаза, диспергированная с взаимосвязанными и ограниченными движущимися частицами.

Свойства, характеризующие дисперсные системы, зависят от ключевого фактора. В результате их образования образуется четкая межфазная граница.

В природе часто встречаются крупнодисперсные системы. В этом случае фаза и среда различаются при просмотре под микроскопом, а иногда и невооруженным глазом.

Рассмотренные системы характеризуются следующими показателями:

• степень (количество) фаз;
• молекулярная масса;
• размер частицы;
• агрегатное состояние;
• лиофобный / лиофильный.

Дисперсные системы широко распространены в окружающей среде. Они могут быть натурального или натурального происхождения. Есть системы, выведенные в искусственной форме. Явление диспергирования лежит в основе различных лекарственных составов, минеральных и химических удобрений, технологических процессов.

Высокомолекулярные вещества

Растворы высокомолекулярных веществ бывают двух типов: истинные и коллоидные. Все зависит от различных качеств, таких как тип фазы, среда, температура и другие условия. У них есть ряд свойств:

• Процессы смешивания происходят естественно и очень медленно.
• Сначала происходит набухание, а затем перемешивание.
• Полимерные и реальные растворы существенно отличаются. Те законы, которые типичны для одних (Рауль, Вант-Хофф), не характерны для других.
• Свойства полученного вещества могут отличаться из-за разного направления и / или размера молекул.
• Повышенная вязкость.

Некоторые растворы полимеров образуются самопроизвольно. Когда процесс набухания происходит неорганически, дисперсная система перестает существовать, так как фаза полностью растворяется в среде и образуется химическая реакция. Если он органический, появляется желатин.

Ключевые свойства

Свойства дисперсных систем определяются одним главным фактором: при их возникновении образуется четкая межфазная граница. Кроме того, появляется определенное значение поверхностной энергии, которое не суммируется, рассматривается в отдельном порядке по отношению к среде и фазе.

Грубодисперсные системы встречаются в природе и в продуктах жизнедеятельности человека. Здесь фазу и среду можно легко различить с помощью стандартного микроскопа или даже невооруженным глазом. Но если рассматривать его в целом, то это сложный набор коллоидных веществ.

В свою очередь, мелкодисперсные системы настолько малы, что их можно увидеть только в специальный ультразвуковой микроскоп. В некоторых случаях даже при прямом попадании луча в жидкость не появляется характерный «путь». Несмотря на существенные различия, свойства везде одинаковые. Они зависят от таких показателей, как:

• Степень (количество фаз).
• Молекулярная масса.
• Размер частицы.
• Агрегатное состояние.
• Лиофобная / лиофильная группа.

В жизни человека рассматриваемые системы постоянно встречаются. Такое явление может быть как естественным, так и естественным, и возникшим искусственно. Многочисленные лекарственные смеси, различные минеральные или химические удобрения, а также производственные процессы основаны на диспергировании.