Gradul de fragmentare (dispersie) a sistemului este împărțit în următoarele clase: dispersat grosier, dimensiunea particulei în care mai mult de 10-5 m; fin dispersat (microheterogen) cu dimensiunea particulei de la 10-5 la 10-7 m; coloid-dispersat (ultramicro-heterogen) cu particule variind în mărime de la 10-7 până la 10-9 m. Dacă ne concentrăm atenția asupra celor două componente principale ale sistemelor dispersate, unul dintre ele trebuie atribuit rolului mediei de dispersie, iar celălalt - rolul fazei dispersate. În acest caz, toate sistemele dispersate pot fi clasificate în funcție de stările agregate ale fazelor.
Această clasificare a fost propusă de Ostwald și este folosită pe scară largă până în prezent. Dezavantajul clasificării este considerat imposibilitatea clasificării sistemelor dispersate preparate cu o fază dispersată solidă sau lichidă la orice clasă dacă dimensiunea particulei este de câțiva nanometri. Un exemplu de astfel de clasificare este prezentat în Tabelul. 1.
Academician P.A. Rebinder a propus o clasificare mai perfectă a sistemelor dispersate pentru stadiile de fază agregată. El a împărțit sistemele dispersate în două clase: sistemele de dispersie liberă și sistemele solide (sau coerent dispersate) (tabelele 2 și 3). În sistemele de dispersie liberă, faza dispersată nu formează structuri rigide solide (plase, ferme sau schelete). Aceste sisteme sunt numite zerouri. În sistemele continue (dispersate coerent), particulele fazei dispersate formează structuri spațiale rigide (ochiuri, cadre, ferme). Astfel de sisteme exercită o deformare asupra mișcării forfecării. Ele sunt numite gâște.
Sistemul de dispersie al clasificării Rebedder este notat cu o fracție în care faza dispersată este pusă în numărător, iar mediul de dispersie este în numitor. De exemplu: T1 / M2. Indexul 1 indică faza dispersată, iar indexul 2 denotă mediul de dispersie.
Știința chimică coloidică studiază proprietățile atât a sistemelor cu granulație fină, cât și a celor cu dispersie grosieră; atât sisteme libere, cât și sisteme conectate.
Includerea unei astfel de știință un număr mare de sisteme diferite pentru faze diferite, cum ar fi natura și dimensiunea particulelor și starea de agregare a fazelor bazată pe faptul că toate au proprietăți comune - eterogenitate și instabilitatea termodinamică fundamentală. Locul central în chimia coloidală este ocupat de sisteme ultramicroheterogene cu particule libere. Acestea sunt așa-numitele sisteme coloidale.
Clasificarea sistemelor de dispersie prin stări agregate de faze.
Această clasificare se bazează pe starea agregată a sistemului de dispersie a fazelor.
Conceptul stabilității agregate, care a fost introdus pentru prima dată de N.P. Nisipurile implică absența agregării, adică Reducerea gradului de dispersie a sistemului coloidal în timpul depozitării. Pentru a determina stabilitatea cinetică, este necesar să se studieze condițiile de izolare a particulelor dispersate în câmpul gravitațional sau centrifugal. Rata unei astfel de separări depinde de intensitatea mișcării particulelor Brownian, adică de gradul de dispersie a sistemului și diferența în densitatea mediului de dispersie și faza dispersată, precum și vâscozitatea mediului.
1. Sisteme cu interfață în fază lichidă
2. Sisteme cu o suprafață solidă de separare a fazelor
T1 / T2 - corpuri poroase, fibre naturale, piatra ponce, burete, lemn ugliZh1 / T2 - umiditate in graniteT1 / T2 - întrepătrund setkipolimerov
Dacă doriți să determinați stabilitatea globală a sistemului, apoi să examineze condițiile de permanență (sau invers - efemeritatea) gradul de sisteme de dispersie. Una dintre cele mai dramatice sistemykak otlichiykolloidnoy și caracteristice din istinnogorastvora și a sistemelor grosiere este că gradul lor de dispersie este foarte instabilă și dimensiunea poate varia în funcție de o varietate de motive.
Această clasificare se bazează pe starea agregată a interfeței de fază.
Pe baza celor de mai sus, este posibil să se determine sistemele coloidale.
Sistemele coloidale sunt numite sisteme cu două sau mai multe etape în care o fază este sub formă de particule mici separate distribuite într-o altă fază. Astfel de sisteme ultramicroheterogene cu o dispersie definită (coloidală) prezintă capacitatea de mișcare intenționată Browniană și posedă o stabilitate kinetică ridicată.
Având o suprafață ridicată de separare a fazelor suprafață și, în consecință, o energie enorma svobodnoypoverhnostnoy exces, aceste sisteme sunt în mod fundamental instabile termodinamic, având ca rezultat agregarea particulelor, adică, în absența stabilității agregate. Cu toate acestea, aceste proprietăți nu epuizează toate caracteristicile care diferă de sistemele coloidale față de alte sisteme. De exemplu, la prima vedere, se pare de neînțeles de ce particulele coloidale, făcând mișcări viguroase și se ciocnesc unele cu altele, nu întotdeauna se coaguleze în agregate mai mari și nu se precipită ca s-ar aștepta pe baza celui de al doilea zakonatermodinamiki, deoarece acest lucru scade ar avea o suprafață comună și cu ea o energie liberă.
Se pare că, în multe cazuri, stabilitatea unor astfel de sisteme este legat la suprafața prezenței sloyastabilizatorana a particulelor coloidale. Astfel, condiția necesară pentru prezența sistemyavlyaetsya creație ustoychivyhkolloidnyh de al treilea component -stabilizatora.Stabilizatoramikolloidnyh sistemmogut bytelektrolityili unele drugieveschestva fără compus natură electrolit naprimervysokomolekulyarnye (BMC), sau agenții tensioactivi aktivnyeveschestva (tensioactivi). Mecanismul non-electroliți stabilizatsiielektrolitamii este semnificativ diferit.
Efectul stabilității electrolitului asupra sistemelor coloidale este complex. În unele cazuri, adăugările neglijabile sunt electroliții capabili să încalce stabilitatea sistemului. În altele, introducerea electrolitului promovează o stabilitate sporită.
Formarea straturilor de adsorbție a unor astfel de stabilizatori, ca agenți tensioactivi, devine deosebit de importantă în prezența structurilor bidimensionale care au crescut proprietățile structurale și mecanice. În multe cazuri, stabilizarea este realizată atunci când monostratul acoperă doar 40-60% din suprafața particulelor coloidale, atunci când stratul protector este intermitent sub formă de insule. Stabilitatea maximă este realizată, în mod firesc, atunci când se formează un strat molecular complet saturat. Proprietățile structurale și mecanice ale straturilor de adsorbție determină în mare măsură comportamentul sistemelor coloidale. Aceste straturi pot fi formate sau modificate prin cantități mici de substanțe dizolvate, astfel încât este posibil să se controleze un număr de proprietăți ale sistemelor coloidale, care este utilizat pe scară largă în diverse aplicații practice.
Sistemele coloidale care constau din particule dispergirovannogoveschestva capabile să circule liber într-un mediu de dispersie lichid, împreună cu adsorbite pe componenta lor poverhnostimolekulamiiliionamitretego (stabilizator) este denumit liozolyami, iar particulele având o -mitsellami structură complexă.
Prin natura interacțiunii particulelor coloidale cu mediul de dispersie, lisozolii pot fi separați în liofil și lyofob. Pentru prima dată această clasificare a fost propusă de omologul german coloid Freundlich. El a împărțit toate sistemele în două clase - liofilice și lyofobe. În conformitate cu ideile dezvoltate Freundlich, sistem de apel lyophobic, particulele fazei dispersate care nu interacționează cu mediul de dispersie, nesolvatată și nu se dizolvă în aceasta. Liofilice sunt sisteme ale căror particule de fază dispersată interacționează intens cu mediul de dispersie.
Prin sistemele lyophobic otnosyatsyazolidragotsennyhmetallov, zolimetalloidov (sulf, seleniu, telur) dispersiipolimerovvvode (de exemplu, polistiren, ftorolona) zolisulfidovmyshyaka, antimoniu, cadmiu, mercur, zoligidroksidov fier etc. alyuminiyai Aceste sisteme sunt caracterizate de așa-numita stabilitate kinetică și instabilitate agregată și necesită stabilizare. Prin liofilnymkolloidnym sistemamFreyndlih otnesrastvory format prirastvoreniiprirodnyh sau Marinei sintetice. Takovyrastvorybelkov, amidon, pectine, gume, esteri tsellyulozyi diverse rășini, atât naturale cât și sintetice.
Astfel, soluțiile BMC au fost considerate anterior ca sisteme coloidale liofilizate. Acestea au fost considerate sisteme sistemice dispersate în două faze, astfel încât esența clasificării Freundlich-ului a fost redusă la interacțiunile moleculare dintre faza dispersată și mediul de dispersie. Pe această bază a fost efectuată împărțirea în sisteme liofilizate și lyofobe. Sistemele liofilizate au fost considerate a fi două sau mai multe, instabile din punct de vedere termodinamic, neascultătoare față de regula fazei Gibbs. Dar această idee sa dovedit a fi greșită. De fapt, s-a stabilit în mod credibil că soluțiile de DIU sunt soluții reale, adică sisteme monofazate, omogene, stabile termodinamic și respectând regula fazei Gibbs. Sa considerat că reversibilitatea este o proprietate caracteristică a sistemelor coloidale liofilizate, dar acest lucru nu este valabil, deoarece rezultatele VMS nu sunt sisteme de dispersie.
În acest sens, academicianul VA. Kargin încă din 1948 a atras atenția asupra faptului că clasificarea lui Freundlich este complet neadevărată și, chiar mai mult, dăunătoare.
Pentru a nu schimba sensul acestor termeni, P.A. Rehbinder a propus formularea conceptelor sistemelor coloidale liofilizate și liofilice. S-au dispersat sisteme cu mai multe sau două faze, el a fost împărțit în două clase, pe baza valorii energiei interfațiale specifice (tensiunea superficială).
Pentru sistemele lyofobe, sistemele dispersate cu o tensiune interfacială suficient de mare (s12), mai mare decât o anumită valoare limită sm:
Aceste sisteme sunt caracterizate printr-o mare energie liberă interfacială, astfel încât interfața este pronunțată brusc: sistemul este agregat instabil și necesită introducerea unui stabilizator. Dispersia unor astfel de sisteme este arbitrară.
Sistemele liofilice sunt sisteme coloidale în două faze cu o energie liberă interfacială joasă, deși pozitivă, mai mică sau egală cu valoarea limită,
Acestea sunt sisteme cu energie interfacială foarte scăzută, sunt stabile din punct de vedere termodinamic și se formează spontan. Dispersia este destul de clară și se află în regiunea coloidală.
Faptul că sistemele dispersate sunt clasificate în funcție de mărimea energiei suprafeței libere indică faptul că fenomenele coloidale sunt strâns legate de proprietățile interfeței de fază.
Sistemele liofilice includ:
1) Așa numita kriticheskieemulsii rezultată din încălzirea snizheniyapoverhnostnogo natyazheniyapri dotemperatury aproape ktemperatureneogranichennogosmesheniya, sau prin adăugarea de cantități foarte mari de surfactant;
2) sisteme coloidale asociative formate în mediul acvatic de substanțele de tipul primelor, anumitor coloranți și agenți de bronzare și într-un mediu neapos de către anumiți surfactanți. Astfel de substanțe în soluții diluate sunt în stare moleculară, pe măsură ce concentrația crește, agregarea continuă cu formarea de particule de dimensiune coloidală, adică Concentrația substanței, soluția la care are loc trecerea de la o soluție adevărată la un coloid, se numește de obicei concentrația critică de formare a micelilor (CMC).
Clasificarea sistemelor dezagregate poate fi efectuată pe suprafața specifică a fazei dispersate.
În acele procese în care participă două faze contigue, proprietățile interfeței sau a stratului de graniță care separă o fază de celălalt sunt de o mare importanță. Moleculele care formează aceste straturi au proprietăți speciale. Dacă luăm în considerare o fază monolitică, atunci numărul de molecule care formează stratul de suprafață poate fi neglijat în comparație cu un număr imens de volume moleculare ale corpului. Putem presupune că rezerva energetică a sistemului este proporțională cu masa din volumul corpului.
Dezintegrarea unui solid într-un număr de molecule din stratul de suprafață crește și atinge o valoare maximă în sistemele de dispersie coloidală. Prin urmare, procesele care apar în sistemele dispersate se datorează proprietăților straturilor de suprafață la interfață. Formarea de spumă, emulsii, ceți, procese de flotație, umectare și dispersare, tehnologie de sorbție și multe altele se bazează pe proprietățile suprafețelor interfazice din sistemele dispersate.
O suprafață specifică este raportul dintre suprafața corpului și volumul sau masa sa:
Aud = A / V sau Aud = A / Vr. (3)
unde Au, A este suprafața specifică și respectiv totală; r este densitatea materiei și V este volumul corpului.
Pentru particule cubice
Aud = 6a2 / a3r = 6 / ar (m2 / kg). (4)
Pentru particulele sferice
Dacă luăm cubi, trei părți sunt împărțite în 10 părți și tragem planuri în trei direcții, apoi obținem cuburi mai mici. Un astfel de proces poate fi considerat ca o simulare a procesului de dispersare. Modificarea suprafeței specifice în timpul procesului de dispersie este prezentată în Tabelul. 4.
Dependența suprafeței specifice de dispersie
Lungimea laturii cubului a, cm