Что такое дисперсные системы дисперсионная среда дисперсная фаза

Понятие дисперсных систем и их классификация

Дисперсные системы — что это такое в химии

Чистые вещества встретить в природном мире практически невозможно. В большинстве случаев они представляют собой гомогенную субстанцию, содержащую в своем составе частицы различных примесей. При этом не является обязательным наличие двух компонентов в смеси. Их количество может быть любым. Если одно вещество равномерно распределено в другом и не растворяется в нем, то такая система называется дисперсной системой.

Дисперсная система — гетерогенная (не однородная система), состоящая минимум из двух компонентов (фаз), один из которых (называемый дисперсной фазой) равномерно распределен по объему другого (называемого дисперсионной средой).

В составе типичной двухфазной системы выделяют:

В том случае, когда в системе несколько фаз, их можно отделить друг от друга. Для этого используют разные физические способы, к примеру, центрифугирование, сепарация. Типичные дисперсные системы относятся к коллоидным растворам (золям).

Характеристика и особенности строения

Дисперсные системы являются гетерогенными смесями, в которых одно или более веществ распределены в другом. Каждый компонент системы обладает собственными свойствами. После извлечения его из системы его состояние будет соответствовать начальному.

Вещество, содержание которого в дисперсной системе выше, называют дисперсионной средой.

Второстепенное вещество является дисперсной фазой. В дисперсной системе не наблюдается взаимное взаимодействие между частицами. При этом имеется некая прослойка, которая их разделяет. Функцию этой прослойки выполняет вещество, образующее дисперсионную среду. В связи с этим системы называют гетерогенными или неоднородными.

В качестве примеров дисперсных систем можно привести:

Перечисленные системы могут обладать любым агрегатным состоянием. В некоторых случаях допускается наличие одновременно нескольких фаз. Выделить их можно с использованием центрифуги или сепарированием.

Дисперсная фаза — вещество, равномерно распределенное в окружающей ее дисперсионной среде и не взаимодействующее с ней либо с другой дисперсной фазой при ее наличии в дисперсной системе.

Дисперсная фаза может состоять из аналогичных или неодинаковых по величине частиц, капель, либо пузырьков, которые расположены на некотором расстоянии друг от друга. По кинетическим свойствам (подвижность фазы), выделяют следующие типы дисперсных систем:

Свойства, которые характеризуют дисперсные системы, зависят от одного ключевого фактора. В результате их формирования образуется четкая межфазная граница.

В природе чаще можно встретить грубодисперсные системы. В этом случае фазу и среду различают при рассмотрении под микроскопом, а иногда и невооруженным глазом.

Рассмотренные системы характеризуются следующими показателями:

В окружающей среде дисперсные системы встречаются повсеместно. Они могут быть природного и естественного происхождения. Существуют системы, выводимые в искусственном виде. В основе разных лекарственных составов, минеральных и химических удобрений, технологических процессов лежит явление дисперсности.

Классификация дисперсных систем

Дисперсные системы являются образованиями, в состав которых включено две фазы и более, почти не смешивающихся и не взаимодействующих друг с другом. В одном веществе, определяемом как дисперсионная среда, распределено другое вещество в виде дисперсной фазы. В зависимости от размеров частиц дисперсной фазы, системы классифицируют таким образом:

За основу максимально полной классификации дисперсных систем принимают агрегатное состояние среды и фазы. Благодаря сочетаниям трех типов агрегатного состояния, выделяют девять разновидностей двухфазных дисперсных систем.

Краткая запись таких систем имеет вид дроби с числителем, указывающим на дисперсную фазу, и знаменателем, определяющим дисперсионную среду. В качестве примера можно привести обозначение Г/Ж для системы «газ в жидкости».

Исходя из характера кинетических свойств фазы, двухфазные дисперсные системы разделяют на два класса:

Рассмотренные дисперсные системы разделяют согласно степени дисперсности. В том случае, когда частицы дисперсной фазы в системе обладают идентичными размерами, такую систему называют монодисперсной. Если частицы фазы отличаются по размерам, то система является полидисперсной. Чаще в реальном мире можно встретить полидисперсные системы.

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

К сложным дисперсным системам можно отнести молоко. В веществе содержатся в большой концентрации, за исключением воды, жир, казеин, молочный сахар. Жир в молоке имеет вид эмульсии, в процессе хранения продукта он медленно поднимается наверх, образуются сливки.

Казеин является коллоидным раствором и не способен самостоятельно выделяться. С другой стороны, казеин достаточно просто выпадает в осадок в процессе подкисления молока, к примеру, с помощью уксуса. В результате образуется творог. Естественное выделение казеина можно наблюдать, когда молоко скисает. Молочный сахар в молоке представляет собой молекулярный раствор, который способен выделяться только в процессе испарения воды.

Классификация свободнодисперсных систем в зависимости от размеров частиц:

Ультрамикрогетерогенные системы по-другому называют коллоидными или золями. Исходя из того, какова природа дисперсионной среды, золи классифицируют следующим образом:

Микрогетерогенные системы представлены следующими типами:

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

Взвеси — являются дисперсионными системами, в которых фазы хорошо различимы визуально даже невооруженным глазом.

Ключевой характеристикой взвесей служит непрозрачность. При необходимости отделения среды и второстепенного вещества допустимо использовать стандартные фильтры или провести процедуру отстаивания. Классификация взвесей:

Взвеси обладают большим значением для хозяйственной деятельности человека и природных процессов. В производстве активно применяют растворы. В окружающей среде распространены натуральные водные соединения, благодаря которым образуются почвы, и грунт насыщается питательными веществами. Взвеси являются непосредственными участниками жизнедеятельности всех живых существ.

Коллоидные системы важны для биологии и жизни человека. Биологические жидкости организма состоят из веществ, которые находятся в коллоидном состоянии. Такие биологические объекты, как клетки мышц и нервов, рассматривают в качестве коллоидных растворов. Дисперсионная среда крови представлена в виде плазмы, то есть водного раствора неорганических солей и белков.

Коллоидные системы отличаются от взвесей тем, что их разделение возможно лишь при наличии современного оборудования и специальных препаратов. Визуально данные комплексы можно идентифицировать, как однородные субстанции. По этой причине затруднено определение дисперсности коллоидных систем. Выделяют следующие типы:

Коллоидные системы имеют большое значение для химии. Данные системы получают с помощью смешивания в специальной технике. Производство подобных структур способствует созданию множества медицинских средств, удобрений и других полезных материалов.

Типы растворов высокомолекулярных веществ:

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

Свойства высокомолекулярных веществ:

Самопроизвольное образование характерно для определенных полимерных растворов. В том случае, когда набухание выполняется неорганическим методом, дисперсная система прекращает свое существование. Это связано с полным растворением фазы в среде, что сопровождается химической реакцией. Если метод набухания органический, то можно наблюдать получение студня.

Отдельно выделяют связнодисперсные системы, к которым относят пористые материалы. В зависимости от размеров пор, данные вещества классифицируют таким образом (классификация М.М. Дубинина):

Согласно рекомендациям ИЮПАК, микропористыми называют пористые материалы с размерами пор до 2 нм, мезопористыми — от 2 до 50 нм, макропористыми — свыше 50 нм.

Классификация пористых материалов в зависимости от структуры:

В зависимости от геометрических признаков пористые структуры классифицируют следующим образом:

Большинство пористых материалов обладают стохастической структурой.

В качестве примера твердых гетерогенных систем можно привести композитные материалы. Композиты являются искусственно полученными сплошными, но неоднородными структурами. В состав данных материалов может быть включено два компонента и более. Отличительной особенностью являются четкие границы раздела между составными элементами. Кроме слоистых, большинство компонентов композитных материалов подразделяются на следующие группы:

Старейшими композитами являются саман, железобетон, булат, папье-маше. В современной промышленности активно практикуют применение фиброармированных пластиков, стеклопластика, металлокерамики.

Движение дисперсных систем

Движение дисперсных систем изучает наука механика многофазных сред. К примеру, для исследования в области пристеночных течений системы «газ — жидкие капли» используют математическое моделирование. На основе полученных данных разрабатывают технологии нанесения разнообразных покрытий и оптимизируют различное теплоэнергетическое оборудование — такое, как паротурбинные установки и теплообменники.

С другой стороны, наличие разных типов структуры пристеночных течений многофазных сред делает необходимым учет различных факторов — таких, как инерционность капель, формирование жидкой пленки, фазовые переходы. Данные задачи решают путем конструирования особых математических моделей многофазных сред, разработки которых активно ведутся в настоящее время.

Возможности для изучения аналитическим методом нестационарных газодинамических течений многофазных дисперсных сред с несущей фазой в виде газа, которая включает в себя мелкие частицы твердого или жидкого вещества, значительно ограничены. В этом случае предпочтение отдается способам вычислительной механики.

Актуальны исследования подобных течений, когда существуют интенсивные фазовые переходы. В качестве примера можно привести:

При рассмотрении свободнодисперсных систем, среда в которых представлена в газообразном или жидком агрегатном состоянии — например, аэрозолей, коллоидных растворов, газовых эмульсий, мицеллярных растворов поверхностно-активных веществ, — можно сделать вывод о подвижности дисперсных частиц. Они могут совершать вращательные движения, колебания с неодинаковой амплитудой.

Подвижность дисперсных частиц, особенно высокодисперсных и ультрадисперсных, является фундаментальным свойством свободнодисперсных систем. Дисперсные частицы движутся за счет различных факторов. Процесс определяется размером частиц. Для высокодисперсных частиц характерны малые размеры, что способствует их активному участию в броуновском движении. Такое явление рассматривают в качестве проявления молекулярно-кинетических свойств дисперсных систем.

Другим молекулярно-кинетическим свойством является диффузия дисперсных частиц, в процессе которой они перемещаются по причине неодинаковой концентрации в разных участках дисперсной системы. Благодаря диффузии, концентрация частиц постепенно становится однородной. Согласно второму началу термодинамики, при диффузии можно наблюдать увеличение энтропии дисперсной системы.

Дисперсные частицы, обладающие большими размерами (в том числе, твердые частицы, капли, газовые пузыри), почти не принимают участия в броуновском движении. Таким образом, для грубодисперсных систем не характерны молекулярно-кинетические свойства. Данный признак позволяет квалифицировать системы на высокодисперсные и грубодисперсные.

Основная причина движения крупных дисперсных частиц заключается в разнице между плотностями дисперсной фазы и дисперсионной среды. В том случае, когда плотность дисперсной фазы больше, частицы медленно выпадают в осадок в результате воздействия силы тяжести. Такое явление называют седиментацией. Частицы, которые обладают меньшим весом, всплывают на поверхность. Тогда процесс называют обратной седиментацией.

На движение дисперсных частиц оказывают влияния другие внешние силы. Большое значение для коллоидной химии имеет движение заряженных частиц дисперсной фазы в электрическом поле. Такой процесс носит название электрофорез.

В отдельную группу выделяют перемещения дисперсных частиц, происходящие совместно с движущейся дисперсионной средой. Данные потоки являются двухфазными и обладают рядом существенных отличий от однофазных потоков газов или жидкостей.

К примеру, наличие в жидком веществе малого количества дисперсных частиц способствует увеличению степени вязкости дисперсной системы в сравнении с аналогичными показателями дисперсионной среды.

Источник

Дисперсная система, дисперсная фаза, дисперсионная среда.

Дисперсная система, дисперсная фаза, дисперсионная среда.

• Дисперсионная среда – растворитель, в котором распределено вещество в раздробленном состоянии

• Дисперсная фаза – раздробленное вещество

Между дисперсной фазой и дисперсионной средой существует поверхность раздела

Понятие о степени дисперсности. Удельная поверхность фазы.

Классификация дисперсных систем по степени дисперсности.

• Молекулярно- и ионно-дисперсные. Гомогенны, устойчивы (истинные растворы)

Сравнительная характеристика дисперсных систем с различной степенью дисперсности.

Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию фаз. Примеры.

Газ(воздух, туман, пыль), жидкость(пена, эмульсия), ТВ тело( пенопласт, сплавы).

Классификация систем по характеру взаимодействия дисперсной фазы с дисперсионной средой.

дисперсная фаза + дисперсионная среда= пример.

Условия получения веществ в коллоидном состоянии

Дисперсная фаза должна обладать плохой растворимостью

• Необходимы стабилизаторы, которые на поверхности раздела фаз образуют ионный или молекулярный слой и гидратную оболочку

Дисперсионные методы получения коллоидных систем.

Дисперсионные методы – дробление вещества до коллоидной степени дисперсности:

• Механические (шаровые и коллоидные мельницы, ступка) – диспергирование с добавлением стабилизаторов

• Ультразвуковые – диспергирование частиц под действием сжатий и расширений

Получение коллоидных растворов методом физической конденсации.

Конденсационные методы – укрупнение молекул и ионов до размеров коллоидных частиц. Основой физической конденсации явл физическое воздействие. Для получения золя исп метод замены р-ля. Вначале готовят истинный раствор в-ва в летучем р-ле и добавляют к жидкости, в кот в-во нерастворимо. Летучий р-ль удаляют нагреванием. В рез-те происходит резкое понижение р-ти. М. в-ва конденсируются в частицы коллоидных размеров и образ коллоидный р-р.

Методы химической конденсации в получении коллоидных растворов.

При вливании спиртовых растворов серы, канифоли, в воду, в которой эти вещества плохо растворимы, они начинают конденсироваться в частицы коллоидных размеров и могут находиться во взвешенном состоянии

Получение коллоидных растворов пептизацией.

Пептизация – процесс перехода вещества из осадка в золь при добавлении диспергирующих веществ (Al(OH)₃, Fe(OH)₃ + электролит)

Способы очистки коллоидных растворов от примесей.

Диализ – основан на способности животных и растительных мембран пропускать ионы и задерживать коллоидные частицы (медленный)

– Компенсационный диализ (вивидиализ)

Сущность диализа, электродиализа.

Диализ – основан на способности животных и растительных мембран пропускать ионы и задерживать коллоидные частицы (медленный)

454) Особенности и применение компенсационного диализа,вивидиализа. Компенсационный диализ применяют, когда необходимо освободить к/р-р лишь от части низкомолекулярных примесей. В диализаторе р-ль зам р-ры Нмс, которые необходимо остановить в к/р-ре. На принципе вивидиализа основано действие искусственной почки. Диализирующий р-р содержит в одинаковых с кровью концентрациях в-ва, кот необходимо сохранить в крови.

Сущность и цели ультрафильтрации дисперсных систем.

Ультрафитрация прим для очистки систем, содержащих частицы коллоидных размеров. В основе метода лежит продавливание разделяемой смеси через фильтры с порами, пропускающими только молекулы и ионы низкомолекулярных в-в.

Седиментация. От каких факторов зависит скорость седиментации частиц дисперсных систем?

седиментация это оседание частиц дисперсной фазы под действием различных сил. Зависит от радиуса частицы, разности плотностей дисперсной фазы и среды, вязкости. Определение скорости оседания положено в основу седиментационного анализа, опред размер частиц и их фракционный состав. Седиментация исп для качественной оценки функционального состояния эритроцитов.

Седиментационный анализ.Сущность и назначение ультрацентрифугирования дисперсных систем.

сед анализ прим для:

• Определение размера и фракционного состава частиц (число частиц разного размера)

• Определение молекулярного веса полимерных материалов, белков, нуклеиновых кислот

• Качественная оценка функционального состояния эритроцитов. СОЭ значительно меняется при различных заболеваниях

Броуновское движение. Факторы, влияющие на его интенсивность.

• Не зависит от природы вещества

• Обусловлено тепловым движением молекул

• Изменяется в зависимости от температуры, вязкости среды и размеров частиц

Уравнение Эйнштейна-Смолуховского для броуновского движения.

Описывает броуновское движение

∆х – среднее смещение (среднее расстояние, на которое сместится коллоидная частица в единицу времени)

Д – коэффициент диффузии

Диффузия в коллоидных системах. Скорость диффузии.

∆m=-Д*(∆С/∆Х)*∆τ Скорость диффузии в случае коллоидных растворов во много раз меньше, чем в истинных (т.к. коллоидные частицы обладают большим размером и массой, чем отдельные молекулы или ионы)

Характеристика осмотического давления коллоидных систем.

Осмотическое давление коллоидных растворов подчиняется закону Вант-Гоффа

Как правило, в 1 000 раз меньше осмотического давления истинных растворов

Светорассеяние в дисперсных системах. Уравнение Рэлея, анализ уравнения.

I = I₀ · K*(С · V 2 )/ λ 4

I₀ – интенсивность падающего света

K – константа, зависящая от природы вещества

С – частичная концентрация

λ – длина волн видимого света

Опалесценция. Эффект Фарадея-Тиндаля.

Опалесценция – некоторая мутность раствора при рассмотрении его в отраженном свете; явление рассеяния света мельчайшими частицами

• От природы вещества (поглощение света)

• От степени дисперсности

Окраска драгоценных камней (рубинов, изумрудов, сапфиров)

Грубодисперсные золи золота – синяя окраска

Большей степени дисперсности – фиолетовая

Высокодисперсные золи – ярко красная

Факторы, влияющие на окраску золей.

на окраску золей влияют длина волны падающего света, поглощение света, частичная концентрация, радиус частиц, вязкость.

Сущность ультрамикроскопии. Применение ультрамикроскопи для изучения свойств дисперсных систем.

• Определение массы и объема коллоидной частицы

• Исследование сыворотки и плазмы крови

• Исследование инъекционных растворов

• Определение чистоты воды и других сред

Объясните влияние температуры на величину дзета-потенциала (заряд гранулы) дисперсных систем.

дисперсная система, дисперсная фаза, дисперсионная среда.

• Дисперсионная среда – растворитель, в котором распределено вещество в раздробленном состоянии

• Дисперсная фаза – раздробленное вещество

Между дисперсной фазой и дисперсионной средой существует поверхность раздела

Источник

Дисперсная система

Диспе́рсная систе́ма — это система, образованная из двух или более фаз (тел), которые совершенно или практически не смешиваются и не реагируют друг с другом химически. Первое из веществ (дисперсная фаза) мелко распределено во втором (дисперсионная среда). Если фаз несколько, их можно отделить друг от друга физическим способом (центрифугировать, сепарировать и т. д.).

Обычно дисперсные системы — это коллоидные растворы, золи. К дисперсным системам относят также случай твёрдой дисперсной среды, в которой находится дисперсная фаза.

Диспе́ргаторы бывают рециркуляционного, встроенного и погружного типа.

Диспе́ргатор аэродинамический— это аппарат, позволяющий диспергировать материалы в газообразной дисперсной фазе.

Наиболее общая классификация дисперсных систем основана на различии в агрегатном состоянии дисперсионной среды и дисперсной фазы. Сочетания трех видов агрегатного состояния позволяют выделить девять видов дисперсных систем. Для краткости записи их принято обозначать дробью, числитель которой указывает на дисперсную фазу, а знаменатель на дисперсионную среду, например для системы «газ в жидкости» принято обозначение Г/Ж.

По кинетическим свойствам дисперсной фазы дисперсные системы можно разделить на два класса:

В свою очередь эти системы классифицируются по степени дисперсности.

Системы с одинаковыми по размерам частицами дисперсной фазы называются монодисперсными, а с неодинаковыми по размеру частицами — полидисперсными. Как правило, окружающие нас реальные системы полидисперсны.

По размерам частиц свободнодисперсные системы подразделяют на:

Ультрамикрогетерогенные системы также называют коллоидными или золями. В зависимости от природы дисперсионной среды, золи подразделяют на твёрдые золи, аэрозоли (золи с газообразной дисперсионной средой) и лиозоли (золи с жидкой дисперсионной средой). К микрогетерогенным системам относят суспензии, эмульсии, пены и порошки. Наиболее распространёнными грубодисперсными системами являются системы «твёрдое — газ», например, песок.

Связнодисперсные системы (пористые тела) по классификации М. М. Дубинина подразделяют на:

По рекомендации ИЮПАК[1] микропористыми называют пористые материалы с размерами пор до 2 нм, мезопористыми — от 2 до 50 нм, макропористыми — свыше 50 нм.

Источник