Коллоидные растворы как дисперсные системы

Гетерогенные системы, в которых одна составная часть распределена в мелкораздробленном состоянии в среде другой, называются дисперсными системами.

Составная часть дисперсной системы, распределённая в виде отдельных мелких твёрдых частиц, капелек жидкости или пузырьков газа, составляет дисперсную фазу, а другая часть, окружающая частицы дисперсной фазы, называется дисперсионной средой. В данной работе рассматриваются дисперсные системы с жидкой дисперсионной средой.

В зависимости от размера частиц дисперсной фазы различают следующие виды дисперсных систем:

а) грубодисперсные — более 10^–5 м;

б) средней степени дисперсности — 10^–7...10^–5 м;

в) коллоидной степени дисперсности — 10^–9...10^–7 м.

Более мелкие частицы с размерами порядка 10^–9 м — это молекулы и ионы, которые, находясь в растворе, не создают отдельную фазу. Поэтому системы с частицами меньше 10^–9 м являются истинными растворами.

Частицы систем грубой и средней степени дисперсности различимы визуально. Если они распределены в жидкости или газе, то постепенно оседают или всплывают. Такие системы называют взвесями. Взвеси могут существовать в виде суспензий или эмульсий. В первом случае твёрдое вещество взвешено в жидкости (мел в воде), во втором — жидкое вещество в жидкости (органическое жидкое вещество в воде, например, частицы жира в молоке). Примерами систем средней дисперсности являются дымы и туманы в воздухе, взвеси глины и песка в воде.

В коллоидных системах дисперсная фаза ввиду малых размеров визуально неразличима при любом увеличении. Тем не менее, размеры частиц дисперсной фазы значительно превышают молекулярные. Дисперсная фаза нерастворима в дисперсионной среде и отделена от неё поверхностью раздела; таким образом, коллоидные системы являются гетерогенными системами в отличие от истинных растворов, которые являются гомогенными, однородными. Если при жидкой дисперсионной среде дисперсная фаза — твёрдое вещество, коллоидная система называется золем; если дисперсная фаза — жидкость, система называется эмульсией.

Чем выше степень раздробленности дисперсной фазы, тем бо́льшая поверхность раздела между дисперсной фазой и дисперсионной средой приходится на единицу массы дисперсной фазы (так называемая удельная поверхность). Наличие высокоразвитой поверхности раздела в коллоидных системах обусловливает значительный избыток так называемой поверхностной энергии. Поэтому коллоидные системы являются неустойчивыми системами, поскольку всегда стремятся к самопроизвольному уменьшению поверхностной энергии за счет уменьшения межфазной поверхности путем снижения дисперсности. При этом частицы дисперсной фазы укрупняются, образуя более крупные агрегаты и затем выделяясь в виде отдельной фазы: твердой в виде осадка или жидкой в виде отдельного несмешивающегося слоя (такой процесс называется коагуляцией дисперсной системы — об этом см. раздел 1.4.).

Свойство коллоидных систем противостоять увеличению размер частиц вследствие их агрегации называется агрегативной устойчивостью системы. Для ее обеспечения необходимо присутствие в системе стабилизатора. В большинстве случаев стабилизатором является электролит, находящийся в растворе (см. раздел 1.3.).