Классификация дисперсных систем

Коллоидным называется такое состояние вещества, при котором хотя бы один из геометрических параметров не превышает 10^‑6 м.

Если из трех параметров только один менее 10^‑6 м, то такие системы называют пленками. Если два параметра менее 10^‑6 м, то такие системы называют волокнами или нитями. Если все три параметра менее 10^‑6 м, то такие системы называют просто дисперсными или коллоидными.

Коллоидное состояние достаточно широко распространено в природе. Дым, туман, пленка масла на воде, молоко, чай – все это примеры существования коллоидных систем.

Рассмотрим классификации коллоидных систем:

1. В качестве меры измельчённости применяют такой параметр как дисперсность d, равный обратному радиусу . По степени измельчённости (дисперсности) выделяют следующие системы.

· Грубодисперсные. Средний радиус частиц 10^‑7 ‑ 10^‑6 м.

· Среднедисперсные. Средний радиус частиц 10^‑8 ‑ 10^‑7 м.

· Мелкодисперсные. Средний радиус частиц 10^‑9 ‑ 10^‑8 м.

2. По агрегатному состоянию дисперсионной среды коллоидные системы классифицируют следующим образом.

Широко распространены дисперсные системы с жидкой дисперсной средой, в частности с водной дисперсионной средой, которые называют коллоидными растворами.

Рассмотрим причину возникновения особых свойств у дисперсных систем. Представим, что имеется 1 см³ вещества кубической формы с ребром 1 см. Тогда общая площадь поверхности такого куба равна . Разделим каждую грань на 10 частей. Общее число полученных кубиков будет равно 10³ = 1000. Общий объем вещества не изменится. Определим общую поверхность всех кубов. Площадь поверхности одного куба теперь будет равна , а общая площадь будет равна . Таким образом, деление куба на 1000 частей приводит к десятикратному увеличению общей площади поверхности. После еще одного деления S_общ возрастет до 600 см², затем 6000 см². При делении каждой из граней исходного куба в 10000 раз (L = 1 мкм) общая площадь поверхности достигнет , т.е. увеличится в 10000 раз.

Рис. 29. Зависимость внутренней энергии тела от степени измельченности

Общую энергию тела можно выразить через суммарную энергию внутренних частиц и суммарную энергию поверхностных частиц

Для крупных частиц U_внутр >> U_пов. При измельчении увеличивается общее число поверхностных частиц. U_внутр почти не изменяется, а U_пов значительно возрастает. При определенной степени измельчения U_пов начинает вносить основной вклад в U_общ. Относительный вклад каждой составляющей в U_общ можно увидеть на рисунке 29. Размер частиц, с которых начинается резкое увеличение U_общ и служит верхней границей существования коллоидных систем. Поскольку особые свойства коллоидных систем обусловлены высокой удельной площадью поверхности, то часто можно встретить термин «поверхностные явления» применительно к особым свойствам коллоидных систем.