ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Дисперсные системы из "Основы физико-химической механики" Согласно делению всех имеющихся в природе веществ на среды (твердые, жидкие и газообразные), состояния или системы, предполагается, что каждое из состояний представляет собой один тип вещества, т. е. является однофазным. Однако в действительности встречаются их многообразия, представляющие одновременно совокупность нескольких состояний, т. е. являющиеся многофазными. К таким состояниям относится, например, коллоидное ( клеевое ). Коллоидная система — это рассеяние, или дисперсия, одного тела (дисперсной фазы) в другом (дисперсионной среде) при условии нерастворимости (или очень малой растворимости) одного вещества в другом. Следовательно, коллоидное состояние — это минимум двухфазное состояние. Физикохимическая механика изучает двух- или многофазные системы, в которых хотя бы одна из фаз находится в высокодисперсно состоянии. Свойства таких систем определяются большой удельной поверхностью, а также молекулярными силами, нескомпенсированными в поверхностных междуфазных слоях, а также характеристиками и строением этих слоев. [c.13] Дисперсными (микрогетерогенными) системами называются системы, состоящие из двух (или нескольких) фаз, одна из которых представлена отдельными мелкими частичками (дисперсная фаза), распределенными в другой фазе (дисперсионной среде) или растворителе , когда речь идет о коллоидных растворах . Частички дисперсной фазы малы по сравнению с массивными окружающими их телами, но велики по сравнению с размерами обычных молекул. Следовательно, каждая частичка состоит из достаточно большого числа молекул. Это позволяет статистически рассматривать ее как частичку новой фазы. [c.13] Коллоидными (высокодисперсными) системами называются микро-гетерогенные системы с предельно высокой дисперсностью, т. е. с большой поверхностью раздела. При раздроблении (диспергировании) дисперсной фазы увеличивается ее дисперсность и внутренняя поверхность раздела между фазами, возрастает роль граничных слоев и связанных с ними своеобразных поверхностных явлений. [c.13] Когда размеры частичек настолько малы, что их можно сравнить с наибольшей толщиной граничного слоя (по работам Б. В. Дерягина 0,1 мк = 10 см), система становится предельно дисперсной— коллоидной. В таких системах наиболее резко выражены характерные свойства, определяемые своеобразием поверхностных слоев на границе раздела фаз. Дальнейшее диспергирование дисперсной фазы, если оно возможно в данной среде, привело бы к образованию гомогенной однофазной системы — истинного раствора, в котором уже нет внутренних поверхностей раздела в упомянутом выше статистическом смысле и, следовательно, нет особых свойств, характерных для дисперсных и коллоидных систем. [c.14] Многообразие свойств дисперсных систем обусловливается следующими факторами химическим составом отдельных компонентов, величиной (дисперсностью) частичек раздробленных веществ, агрегатным состоянием исходных продуктов, молекулярными силами в поверхностных межфазных слоях, а также свойствами и строением этих слоев. [c.15] НИИ дисперсной фазы различных коллоидных систем постепенно сглаживается. Говорить об агрегатном состоянии частичек с поперечником в несколько миллимикрон, состоящих из сравнительно небольшого числа молекул, с точки зрения термодинамики невозможно. Это подтверждается опытом, из которого видно, что дисперсии, при приготовлении которых в качестве дисперсной фазы были использованы вещества в жидком и твердом состоянии, по свойствам высокодисперсной системы не отличаются друг от друга. [c.16] Необходимо отметить, что в коллоидной химии все системы, отвечающие коллоидной дисперсности, принято называть золями. Поэтому системы Ж/Г и Т/Г имеют общее название аэрозолей. Это название условное, так как дисперсионной средой аэрозоля может быть не только воздух, но и любой газ. [c.17] Дисперсные системы можно разделить также на свободнодисперсные (золи) и связаннодисперсные (гели). К свободнодисперсным системам относятся бесструктурные системы, в которых частички дисперсной фазы не связаны в одну сплошную сетку и способны независимо друг от друга перемещаться в дисперсионной среде под влиянием теплового движения или силы тяжести. Такие системы не оказывают сопротивления сдвиговому усилию, обладают текучестью и всеми остальными свойствами, характерными для обычных жидкостей. К ним относятся лиозоли, достаточно разбавленные суспензии и эмульсии, а также аэрозоли. [c.18] Связаннодисперсные системы, обладающие в некоторой степени свойствами твердого тела, не следует смешивать с системами, имеющими твердую дисперсионную среду, у которых частички также не способны перемещаться относительно друг друга, так как вязкость дисперсионной среды огромная. Приведенная классификация применима не только к коллоидным системам, но и к растворам высокомолекулярных веществ. [c.18] Дисперсные частички классифицируют по данным различных методов определения их радиусов. Молекулярно-кинетический метод оценки предельной дисперсности основан на обнаружении броуновского движения мелких частичек. При таком разграничении переход от грубодисперсных частичек к коллоидным действительно лежит вблизи 1 мк, более мелкие частички обнаруживают заметное броуновское движение. [c.19] На практике монодисперсные системы встречаются редко. К поли-дисперсиым системам применять эту классификацию нельзя. Кроме того, в связи с явлениями агрегации, протекающими в коллоидных системах, размер содержащихся в них частичек может меняться и, таким образом, одну и ту же систему в разное время ее существования придется относить к различным классам. [c.19] Периодические коллоидные системы (ПКС) — это системы, состоящие из микрообъектов, взаимодействующих на большом (по сравнению с размерами атомов) расстоянии. Многие естественные и искусственные полутвердые (или полужидкие ) гетерогенные системы представляют собой ПКС. Они обладают ценными во многих отношениях (или, наоборот, нежелательными в ряде случаев) упруго-пластично-вязкими свойствами большинство этих систем способно к тиксотропным превращениям. ПКС широко распространены в природе (глины, грунты, почвы), их используют в промышленности (керамическая масса, цементные пасты, битумы, консистентные смазки). В зависимости от величины приложенной нагрузки и времени ее действия ПКС способны вести себя, как упругие твердые тела или как легкотекучие жидкости, после снятия нагрузки прочность их самопроизвольно восстанавливается. [c.19] Периодические коллоидные структуры — это пластичные или ква-зипластичные твердые тела с присущим для них характерным сочетанием прочности, упругости, пластичности и вязкости. Прочность системы зависит от энергии связи между частичками, которая обусловлена природой, размером и формой их, а также свойствами адсорбционных слоев. [c.20] Для всех дисперсий и коллоидных систем характерны два основных признака гетерогенность и раздробленность одной из фаз, называемой дисперсной. С гетерогенностью связаны важнейшие свойства коллоидных и микрогетерогенных систем, в частности их устойчивость. [c.20] Нельзя считать, что молекулы, занимающие весь объем тела, в равной мере определяют его свойства. Например, при взаимодействии соприкасающихся тел или тела и окружающей его среды, особое значение имеют молекулы, находящиеся на границе раздела фаз, т. е. молекулы-пограничники . Они занимают тонкие поверхностные слои на границах тел и ведут себя соверщенно иначе, чем в объеме каждого тела. [c.21] Любая молекула, находящаяся в объеме жидкости (рис. 2), окружена со всех сторон такими же молекулами расстояния между ними в среднем одинаковы. Тогда сила /1, с которой молекула А притягивается молекулой А-1, уравновесится силой, направленной в противоположную сторону к молекуле А . Аналогично будут уравновешены силы притяжения, действующие по другим направлениям. [c.21] Совершенно в ином положении оказываются молекулы, которые находятся в поверхностном слое жидкости. Поскольку молекулы пара расположены от них гораздо дальше, чем соседние молекулы жидкости, то сила притяжения /2, направленная в сторону газообразной среды, во много раз меньше силы притяжения Д, действующей в противоположную сторону. Разность сил молекулярного притяжения (/1 — ) направлена, таким образом, от поверхности в объем жидкости. Отношение этой разницы сил к единице поверхности называется внутренним давлением. Для жидкостей оно очень велико 11000 атм для воды, 2400 атм для спирта, 1400 атм для эфира и т. д. Этим объясняется трудносжимаемость жидкостей чтобы сжать жидкость, приходится создавать огромное внешнее давление, сравнимое с внутренним. [c.21] Схема образования поверхностных сил. В объеме молекулярные силы скомпенсированы, на поверхности — свободны. [c.21] Для перемещения молекулы Жидкости из объема в поверхностный слой необходимо затратить работу, связанную с преодолением внутреннего давления. Из закона сохранения энергии известно, что затрачиваемая внешняя работа увеличивает энергию системы, которая в данном случае затрачивается на увеличение энергии молекул, перемещаемых из объема жидкости в поверхностный слой. Следовательно, молекулы поверхностного слоя жидкости обладают избыточной энергией, по сравнению с молекулами, находящимися в объеме. Эта энергия называется избыточной свободной энергией обычно ее относят к 1 см поверхности жидкости и называют удельной поверхностной энергией. Поэтому молекулы, находящиеся на границе фаз, всегда имеют избыток энергии. [c.22] Вернуться к основной статье