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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.