Дисперсні системи - малюнок

Дисперсні системи — класифікація, види, властивості



Вкрай рідко в природі зустрічаються речовини в ідеально чистому вигляді і стані. Зазвичай це розбавлена гомогенна субстанція, що складається з різних атомів і молекул. Причому це не обов’язково 2 елементи, зустрічаються з’єднання з трьома і більше.

Коли одна структура знаходиться в іншій, рівномірно розподіляючись, але не розчиняється в ній — це дисперсні системи.

Склад дисперсної системи

Поняття та визначення

Дисперсні системи являють собою гетерогенні структури, всередині яких одна або більше речовин розподіляються в іншій. Вони ніяк не контактують одна з одною, хімічні чи інші реакції повністю відсутні. Немає і змішання. Фактично, кожен елемент є самостійним, тому якщо його витягти, він збереже свій початковий стан.

Та речовина, якої найбільше в з’єднанні, називається дисперсним середовищем, другорядна речовина — фазою. Частинки між собою не взаємодіють, навіть є якийсь прошарок, що розділяє їх. Тому системи є гетерогенними або неоднорідними.

Приклади дисперсних систем зустрічаються в природі постійно:

  • морська вода;
  • ґрунт;
  • більшість харчові продукти і т.д.

Вони можуть мати будь-який агрегатний стан. Іноді в середовищі знаходиться відразу кілька фаз. Тоді їх виділяють за допомогою центрифуги або методом сепарування.

Класифікація за агрегатним станом

Класифікація дисперсних систем здійснюється відповідно до агрегатних станів речовини. Їх три види: рідке, тверде і газоподібне. Тому поділ відбувається на 9 основних категорій, приклади і опис яких можна подивитися в таблиці нижче.

Вид Середовище Фаза Приклад
Газ х 2 Газ Газ Відсутнє
Рідина + газ Газ Рідина Туман, хмара
Тверде тіло (далі ТТ) + газ Газ ТТ Дим, пил
Газ + рідина Рідина Газ Будь-яка піна
Рідина х 2 Рідина Рідина Молоко
ТТ + рідина Рідина ТТ Вапно, мул
Газ + ТТ ТТ Газ Пемза
Рідина + тверде тіло ТТ Рідина Ґрунт
ТТ+ТТ ТТ ТТ Будь-які композиційні матеріали, такі як бетон або цемент

Існуючі види

Фазні частинки можуть взаємодіяти між собою. При цьому середовище залишається стабільним, хімічні реакції з ним відсутні.

Залежно від типу інтерактивності, формуються наступні види дисперсних систем:

  • Вільнодисперсні. Основна і найголовніша властивість такої системи – текучість. Тому сюди відносять будь-які аерозолі і розчини.
  • Зв’язанодисперсні. Це тверді або напівтверді системи. До них відносяться всі концентровані пасти або аморфні речовини.

Деякі субстанції можуть бути одночасно двома видами. Окремі золі при нормальній температурі є досить текучими, щоб визначити їх, як вільнодисперсні. Однак, якщо градус зменшується, молекули з’єднуються одна з одною сильніше, набуваючи характеристики твердого тіла. Тому речовина переходить у зв’язнодисперсну форму.

Класифікація дисперсних систем за агрегатним станом дисперсної фази

Зависі та їх особливості

Завись – це хімічна суміш газу або рідини з твердими частинками, що перебувають у завислому стані

Ті дисперсні системи, фази в яких можна легко визначити неозброєним оком, називаються суспензіями. Їх характерна риса – непрозорість. Якщо необхідно відокремити середовище та другорядну речовину, можна скористатися рядовими фільтрами, або процедурою відстоювання.

Суспензії поділяють на кілька видів:

  • Емульсія. У рідкому агрегатному стані знаходиться фаза і середовище, вони не взаємодіють один з одним і не розчиняються. Більшість емульсій отримають за допомогою гомогенізації. До них відносять більшість лікарських препаратів або молоко.
  • Суспензія. Тут середовищем є рідина, а фазою — тверда структура. Отримують за допомогою пересипання порошку в рідину. Утворюється текуча структура, тому що фаза вкрай дрібна. Якщо залишати структуру в нерухомому стані, випадає осад. Майже всі будівельні розчини належать до даної категорії.
  • Аерозоль. Завись в цьому випадку розташовується в газі. Прикладів безліч, зустрічаються як в природі, так і в побуті. Наприклад, грозові або звичайні хмари, тумани і деякі види опадів.

Більшість хімікатів, вироблених для обробки сільськогосподарських структур, теж є аерозолями.

Зависі важливі в діяльності людини, так само як і у природних процесах. Майже все виробництво побудовано на застосуванні розчинів (добрива, метали, папір та ін.). У навколишньому світі природні сполуки з водою теж зустрічаються постійно, наприклад, ґрунтоутворення або насичення ґрунту корисними речовинами. У життєдіяльності всіх живих істот вони теж беруть безпосередню участь.

Класифікація дисперсних систем за розмірами дисперсної фази

Колоїдна система

На відміну від суспензій, колоїдні системи неможливо розділити без використання сучасної техніки або спеціальних препаратів. Без потрібного інструменту і неозброєним оком вони виглядають як однорідна субстанція. Через це визначити дисперсність стає складно.

Поділяються колоїдні системи на два типи:

  • Розчини або золі. Головна властивість – прозорість. Щоб визначити наявність дисперсності, можна пропустити крізь рідину спрямований пучок світла. Тоді з’являється “дорога”. Фазні частинки відбивають промені. Як приклад можна розгледіти крохмаль, білки, клей, а в людському організмі — лімфу або кров. Щоб відокремити середовище і другорядну речовину, використовується спеціальна техніка. Навіть при тривалому відстоюванні осад не утворюється.
  • Гелі. Це різні медичні препарати, кондитерські креми, желатин і багато іншого. Більшість гелів спочатку є золями, але вони переходять в новий стан при зниженні температури. Окремі перетворюються в еластичні тверді речовини, як пластилін або глина для ліплення.

Якщо суспензії відіграють велику роль у природних процесах, то колоїдні системи є невідомою частиною хімії. Найчастіше вони видобуваються за допомогою змішування в спеціальному обладнанні. Без подібної структури не вдалося б створити безліч лікарських препаратів, добрив та інших корисних матеріалів.

Гетерогенні грубодисперсні системи - зависи

Високомолекулярні речовини

Розчини високомолекулярних речовин бувають двох видів: справжні та колоїдні. Все залежить від різних якостей, таких як тип фази, середовище, температура та інших умов.

У них є ряд властивостей:

  • Процеси змішування відбуваються природно і вкрай повільно.
  • Спочатку відбувається набухання, а вже потім змішування.
  • Полімерні і справжні розчини відрізняються істотно. Ті закони, які характерні для одних (Рауля, Вант-Гоффа), невластиві іншим.
  • По всій отриманій субстанції властивості можуть відрізнятися через різний напрямок і/або розміри молекул.

Окремі полімерні розчини утворюються мимовільно. Коли процес набухання утворюється неорганічним способом, дисперсна система перестає існувати, оскільки фаза повністю розчиняється в середовищі, утворюється хімічна реакція. Якщо ж розчин органічний, то з’являється гель.

Гетерогенні грубодисперсні системи - колоїдні розчини

Ключові властивості

Властивості дисперсних систем визначаються по одному основному фактору – при їх виникненні утворюється чітка міжфазна межа. Також з’являється деяке значення поверхневої енергії, яка не комбінується, розглядається в окремому порядку стосовно середовища і фази.

У природі і продуктах життєдіяльності людини зустрічаються грубодисперсні системи. Тут фазу і середовище можна легко відрізнити під стандартним мікроскопом, а то і зовсім неозброєним оком. Але якщо розглядати її в цілому, то вона являє собою складну сукупність колоїдних речовин.

Де зустрічаються дисперсні системи

Своєю чергою, тонкодисперсні системи є настільки дрібними, що розглянути їх можна тільки в спеціальний ультразвуковий мікроскоп. У деяких випадках навіть при направленому в рідину промені не з’являються характерні «доріжки». Попри істотні відмінності, властивості скрізь однакові.

Вони залежать від таких показників, як:

  • Ступінь (кількість фаз).
  • Молекулярна вага.
  • Розміри частинок.
  • Аґреґатний стан.
  • Ліофобна/ліофільна група.

У житті людини системи, що ми розглянули, зустрічаються постійно. Таке явище може бути як природним, так і виведеним в штучному вигляді. Численні лікарські суміші, різні мінеральні або хімічні добрива, а також виробничі процеси побудовані на дисперсності.

Leave a Reply

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *