Дисперсные системы с жидкой средой. Дисперсная среда
КАЛИНИНГРАДСКИЙ ТОРГОВО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ
филиал федерального государственного бюджетного
образовательного учреждения высшего профессионального образования
РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАРОДНОГО ХОЗЯЙСТВА и ГОСУДАРСТВЕННОЙ СЛУЖБЫ
при ПРЕЗИДЕНТЕ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Опорный конспект
Тема: «Дисперсные системы»
Калининград, 2013
Тема: «Дисперсные системы»
Дисперсные системы – системы, состоящие из множества малых частиц, распределенных в жидкой, твердой или газообразной среде.
Дисперсная система включает в себя два обязательных компонента – это дисперсная фаза - измельченное вещество дисперсионная среда – вещество, в котором распределена дисперсная фаза.Для всех дисперсных систем характерны два основных признака:
Высокая дисперсность.
Гетерогенность.
Дисперсные системы
Тонко дисперсные
Коллоидные системы Грубо дсперсные
Суспензии Золи Истинные
Эмульсии Гели
Аэрозоли
Классификация дисперсных систем
По агрегатному состоянию фаз
Основные типы дисперсных систем
Дисперсионная среда
По размеру частиц
По степени дисперсности системы распределяют на типы
Грубодисперсные с радиусом частиц более 100 нм
Коллоидно-дисперсные (золи) с размером частиц 100 нм до 1 нм.
Молекулярные или ионные растворы с размером частиц менее 1 нм.
Грубодисперсные системы.
Эмульсии (и среда, и фаза - нерастворимые друг в друге жидкости, в которых одна из жидкостей взвешена в другой в виде капелек). Это молоко, лимфа, водоэмульсионные краски, сметана, майонез, мороженное.и т. д.;
Суспензии (среда - жидкость, а фаза - нерастворимое в ней твердое вещество). Это строительные растворы (например, «известковое молоко» для побелки), взвешенный в воде речной и морской ил, протертый суп.
Аэрозоли - дисперсные системы, дисперсионной средой которых является газ, а дисперсной фазой могут быть твердые частицы или капельки жидкости. Различают пыли, дымы, туманы. Первые два вида аэрозолей представляют собой взвеси твердых частиц в газе (более крупные частицы в пылях), последний - взвесь мелких капелек жидкости в газе. Биоаэрозоли – пыльца и споры растений.
Пены - высококонцентрированные грубодисперсные системы, в которых дисперсионная среда жидкость, а дисперсная фаза газ.
Порошки – дисперсная фаза – твердое вещество, а дисперсионная среде – газ.
Грубодисперсные системы неустойчивы.
Коллоидные системы
Коллоидные системы - это такие дисперсные системы, в которых размер частиц фазы от 100 до 1 нм. Эти частицы не видны невооруженным глазом, и дисперсная фаза и дисперсионная среда в таких системах отстаиванием разделяются с трудом. Их подразделяют на золи (коллоидные растворы) и гели (студни). 1. Коллоидные растворы, или золи . Это большинство жидкостей живой клетки (цитоплазма, ядерный сок, содержимое органоидов и вакуолей) и живого организма в целом (кровь, лимфа, тканевая жидкость, пищеварительные соки). Такие системы образуют клеи, крахмал, белки, некоторые полимеры. Коллоидные растворы внешне похожи на истинные растворы. Их отличают от последних по образующейся «светящейся дорожке» - конусу при пропускании через них луча света.
Это явление называют эффектом Тиндаля. Более крупные, чем в истинном растворе, частицы дисперсной фазы золя отражают свет от своей поверхности, и наблюдатель видит в сосуде с коллоидным раствором светящийся конус. В истинном растворе он не образуется. Аналогичный эффект, но только для аэрозольного, а не жидкого коллоида, вы можете наблюдать в кинотеатрах при прохождении луча света от киноаппарата через воздух кинозала.
Частицы дисперсной фазы коллоидных растворов нередко не оседают даже при длительном хранении из-за непрерывных соударений с молекулами растворителя за счет теплового движения. Они не слипаются и при сближении друг с другом из-за наличия на их поверхности одноименных электрических зарядов. Но при определенных условиях может происходить процесс коагуляции.
Коагуляция
- явление слипания коллоидных частиц и выпадения их в осадок - наблюдается при нейтрализации зарядов этих частиц, когда в коллоидный раствор добавляют электролит. При этом раствор превращается в суспензию или гель. Некоторые органические коллоиды коагулируют при нагревании (клей, яичный белок) или при изменении кислотно-щелочной среды раствора.
2.
Гели,
или студни, представляющие собой студенистые осадки, образующиеся при коагуляции золей. К ним относят большое количество полимерных гелей, столь хорошо известные вам кондитерские, косметические и медицинские гели (желатин, холодец, желе, мармелад, торт «Птичье молоко») и конечно же бесконечное множество природных гелей: минералы (опал), тела медуз, хрящи, сухожилия, волосы, мышечная и нервная ткани и т. д. Со временем структура гелей нарушается - из них выделяется вода. Это явление называют
синерезисом.
Растворы
Раствор - гомогенная (однородная) система, состоящая из частиц растворенного вещества, растворителя и продуктов их взаимодействия Растворы всегда однофазны, то есть представляют собой однородный газ, жидкость или твердое вещество. Это связано с тем, что одно из веществ распределено в массе другого в виде молекул, атомов или ионов (размер частиц менее 1 нм). Растворы называют истинными, если требуется подчеркнуть их отличие от коллоидных растворов.Таблица
Примеры дисперсных систем
Дисперсионная среда
Вопросы для самопроверки
- Что называется дисперсной системой, фазой, средой?
Как связать дисперсность с размером частиц?
Какие дисперсные системы относятся к коллоидным?
Что такое коагуляция и какие факторы ее вызывают?
Каково практическое значение коагуляции?
Что называется суспензией?
Каковы основные свойства суспензий?
Что такое эмульсия и как можно ее разрушить?
Где применяютя аэрозоли?
Какие существуют способы разрушения аэрозолей?
Техника безопасности при работе со спиртовками
При работе со спиртовками надо соблюдать правила техники безопасности.
Необходимо использовать спиртовку только по назначению, указанному в ее техническом паспорте.
Запрещается заправлять спиртовку вблизи устройств с открытым пламенем.
Не заполнять спиртовку топливом более чем наполовину объема резервуара.
Нельзя перемещать или переносить спиртовку с горящим фитилем.
Заправлять спиртовку только этиловым спиртом.
Гасить пламя спиртовки только посредством колпачка.
Не держать на рабочем столе, где используется спиртовка, легковоспламеняющиеся вещества и материалы, способные воспламеняться от кратковременного воздействия источника зажигания с низкой тепловой энергией (пламя спички,спиртовки).
При работе не наклонять спиртовку, а при возникновении такой необходимости, использовать спиртовки, работающие в наклонном положении (граненые спиртовки).
При опрокидывании спиртовки и разливе на столе горящего спирта немедленно накройте спиртовку плотной тканью, а при необходимости используйте для гашения пламени и огнетушитель.
Помещение в котором производится работа со спиртовкой (спиртовками) должно быть оснащено первичными средствами пожаротушения, например, порошковым огнетушителем марки ОП-1 или ОП-2.
Литература
- А.Д. Зимон «Занимательная коллоидная химия», Москва, «Агар, 2008 г.
Н.А. Жарких «Химия для экономических колледжей», Ростов – на Дону, «Феникс», 2008 г
Физическая и коллоидная химия в общественном питании, Москва, Альфа - М 2010.
Э.А. Арустамов «Природопользование», Москва, «Дашков и К»,2008.
http://ru.wikipedia.org
http://festival.1september.ru/articles/575855/
Дисперсные системы. Определение. Классификация.
Растворы
В предыдущем параграфе мы говорили о растворах . Здесь коротко напомним об этом понятии.
Растворами называют однородные (гомогенные) системы, состоящие из двух и более компонентов.
Гомогенная система – это однородная система, химический состав и физические свойства которой во всех частях одинаковы или меняются непрерывно, без скачков (между частями системы нет поверхностей раздела).
Такое определение раствора не вполне корректно. Оно скорее относится к истинным растворам .
В тоже время существуют ещё коллоидные растворы , которые являются не гомогенными, а гетерогенными , т.е. состоят из разных фаз, разделённых поверхностью раздела.
Для того чтобы достичь большей чёткости в определениях используют другой термин – дисперсные системы .
Перед рассмотрением дисперсных систем немного расскажем об истории их изучения и о появления такого термина как коллоидные растворы .
История вопроса
Ещё в 1845 г. химик Франческо Сельми, исследуя свойства различных растворов, заметил, что биологические жидкости – сыворотка и плазма крови, лимфа и другие – резко отличаются по своим свойствам от обычных истинных растворов, и поэтому такие жидкости были им названы псевдорастворами.
Коллоиды и кристаллоиды
Дальнейшие исследования в этом направлении, проводившиеся с 1861 г. английским учёным Томасом Грэмом, показали, что одни вещества, быстро диффундирующие и проходящие через растительные и животные мембраны, легко кристаллизуются, другие же обладают малой способностью к диффузии, не проходят через мембраны и не кристаллизуются, а образуют аморфные осадки.
Первые Грэм назвал кристаллоидами , а вторые – коллоидами (от греческого слова kolla – клей и eidos – вид) или клееподобными веществами.
В частности, было выявлено, что вещества, способные к образованию аморфных осадков, как, например, альбумин, желатин, гуммиарабик, гидроокиси железа и алюминия и некоторые другие вещества, диффундируют в воде медленно по сравнению со скоростью диффузии таких кристаллических веществ, как поваренная соль, сернокислый магний, тростниковый сахар и др.
В таблице ниже приведены коэффициенты диффузии D для некоторых кристаллоидов и коллоидов при 18С.
Из таблицы видно, что между молекулярным весом и коэффициентом диффузии существует обратная зависимость.
Кромме того у кристаллоидов была обнаружена способность не только быстро диффундировать, но и диализироваться , т.е. проходить через мембранны, в противоположность коллоидам, имеющим больший размер молекул и поэтому медленно диффундирующим и не проникающим через мембраны.
В качестве мембран используют стенки бычьего пузыря, целлофан, плёнки из железисто-синеродистой меди и т.д.
На основании сделанных наблюдений Грэм установил, что все вещества могут быть подразделены на кристаллоиды и коллоиды .
Русские не согласны
Против такого строго разделения химических веществ возражал профессор Киевского университета И.Г. Борщёв (1869). Мнение Борщёва позднее было подтвеждено исследованиями другого русского учёного Веймарна , который доказал, что одно и то же вещество в зависимости от условий может проявлять свойства коллоидов или кристаллоидов.
Так, например, раствор мыла в воде обладает свойствами коллоида , а мыло, растворённое в спирте, проявляет свойства истинных растворов .
Точно также кристаллические соли, например, поваренная соль, растворённая в воде, даёт истинный раствор , а в бензоле – коллоидный раствор и т.п.
Гемоглобин же или яичный альбумин, обладающие свойствами коллоидов, могут быть получены в кристаллическом состоянии.
Д.И. Менделеев полагал, что любое вещество, в зависимости от условий и природы среды, может проявлять свойства коллоида . В настоящее время любое вещество можно получить в коллоидном состоянии.
Таким образом, нет оснований подразделять вещества на два обособленных класса – на кристаллоиды и коллоиды, а можно говорить о коллоидном и кристаллоидном состоянии вещества.
Под коллоидным состоянием вещества подразумевается определённая степень его раздробленности или дисперсности и нахождении коллоидных частиц во взвешенном состоянии в растворителе.
Наука, изучающая физико-химические свойства гетерогенных высокодисперсных и высокомолекулярных систем называется коллоидной химией .
Дисперсные системы
Если одно вещество, находящееся в раздробленном (диспергированном) состоянии, равномерно распределено в массе другого вещества, то такую систему называют дисперсной.
В таких системах раздробленное вещество принято называть дисперсной фазой , а среду, в которой она распределена, - дисперсионной средой .
Так, например, система, представляющая собой взмученную глину в воде, состоит из взвешенных мелких частиц глины – дисперсной фазы и воды – дисперсионной среды.
Дисперсные (раздробленные) системы являются гетерогенными .
Дисперсные системы, в отличие от гетерогенных с относительно крупными, сплошными фазами, называют микрогетерогенными , а коллоиднодисперсные системы называют ультрамикрогетерогенными .
Классификация дисперсных систем
Классификацию дисперсных систем чаще всего производят исходя из степени дисперсности или агрегатного состояния дисперсной фазы и дисперсионной среды.
Классификация по степени дисперсности
Все дисперсные системы по величине частиц дисперсной фазы можно разделить на следующие группы:
Для справки прводим единицы размеров в системе СИ:
1 м (метр) = 102 см (сантиметра) = 103 мм (миллиметра) = 106 мкм (микрометра) = 109 нм (нанометра).
Иногда применяют другие единицы – мк (микрон) или ммк (миллимикрон), причём:
1 нм = 10 -9 м =10 -7 см = 1 ммк;
1 мкм = 10 -6 м = 10 -4 см = 1 мк.
Грубодисперсные системы.
Эти системы содержат в качестве дисперсной фазы наиболее крупные частицы диаметром от 0,1 мк и выше . К этим системам относятся суспензии и эмульсии .
Суспензиями называют системы, в которых твёрдое вещество находится в жидкой дисперсионной среде, например, взвесь крахмала, глины и др. в воде.
Эмульсиями называют дисперсионные системы двух несмешивающихся жидкостей, где капельки одной жидкости во взвешенном состоянии распределены в объёме другой жидкости. Например, масло, бензол, толуол в воде или капельки жира (диаметром от 0,1 до 22 мк) в молоке и др.
Коллоидные системы.
Они имеют размеры частиц дисперсной фазы от 0,1 мк до 1 ммк (или от 10 -5 до 10 -7 см). Такие частицы могут проходить через поры фильтровальной бумаги, но не проникают через поры животных и растительных мембран.
Коллоидные частицы при наличии у них электрического заряда и сольватно-ионных оболочек остаются во взвешенном состоянии и без изменения условий очень долго могут не выпадать в осадок.
Примерами коллоидных систем могут служить растворы альбумина, желатина, гуммиарабика, коллоидные растворы золота, серебра, сернистого мышьяка и др.
Молекулярно-дисперсные системы.
Такие системы имеют размеры частиц, не превышающие 1ммк. К молекулярно-дисперсным системам относятся истинные растворы неэлектролитов.
Ионно-дисперсные системы.
Это растворы различных электролитов, как, например, солей, оснований и т.д., распадающихся на соответствующие ионы,
размеры которых весьма малы и выходят далеко за пределы
10 -8 см
.
Уточнение по повду представления истинных растворов как дисперсных системах.
Из приведённой здесь классификации видно, что любой раствор (как истинный, так и коллоидный) можно представить как дисперсную среду. Истинные и коллоидные растворы будут различаться размерами частиц дисперсных фаз. Но выше мы писали о гомогенности истинных растворов, а дисперсионные системы гетерогенны. Как разрешить это противоречие?
Если говорить о структуре истинных растворов, то их гомогенность будет относительной. Структурные единицы истинных растворов (молекулы или ионы) значительно меньше частиц коллоидных растворов. Поэтому, можно сказать, что по сравнению с коллоидными растворами и взвесями, истинные растворы гомогенны.
Если же говорить о свойствах истинных растворов, то их нельзя в полной мере называть дисперсными системами, поскольку обязательным существованием дисперсных систем является взаимная нерастворимость диспергированного вещества и дисперсионной среды.
В коллоидных растворах и грубых взвесях дисперсная фаза и дисперсионная среда практически не смешиваются и не реагируют друг с другом химически. Этого совсем нельзя сказать об истинных растворах. В них при растворении вещества смешиваются и даже взаимодействуют друг с другом. По этой причине коллоидные растворы резко отличаются по свойствам от истинных растворов.
Размеры некоторых молекул, частиц, клеток.
По мере изменения размеров частиц от наиболее крупных к мелким и обратно будут соответственно меняться и свойства дисперсных систем. При этом коллоидные системы занимают как бы промежуточное положение между грубыми взвесями и молекулярно-дисперсными системами.
Классификация по агрегатному состоянию дисперсной фазы и дисперсионной среды.
Пены – это дисперсия газа в жидкости, причём в пенах жидкость вырождается до тонких плёнок, разделяющих отдельные пузырьки газа.
Эмульсиями называют дисперсные системы, в которых одна жидкость раздроблена другой, нерастворяющей её жидкостью (например вода в жире).
Суспензиями называют низкодисперсные системы твёрдых частиц в жидкостях.
Сочетания трех видов агрегатного состояния позволяют выделить девять видов дисперсных систем:
Дисперсная фаза | Дисперсионная среда | Название и пример |
|---|---|---|
Газообразная | Газообразная | Дисперсная система не образуется |
Газообразная | Газовые эмульсии и пены |
|
Газообразная | Пористые тела: поролон пемза |
|
Газообразная | Аэрозоли: туманы, облака |
|
Эмульсии: нефть, крем, молоко, маргарин, масло |
||
Капилярные системы: Жидкость в пористых телах, грунт, почва |
||
Газообразная | Аэрозоли (пыли, дымы), поршки |
|
Суспензии: пульпа, ил, взвесь, паста |
||
Твёрдые системы: сплавы, бетон |
Золи – другое название коллоидных растворов.
Коллоидные растворы иначе называют золями (от латинского solutus – растворённый).
Дисперсные системы с газообразной дисперсионной средой называют аэрозолями . Туманы представляют собой аэрозоли с жидкой дисперсной фазой, а пыль и дым – аэрозоли с твёрдой дисперсной фазой. Дым более высокодисперсная система, чем пыль.
Дисперсные системы с жидкой дисперсионной средой называют лизолями (от греческого «лиос» – жидкость).
В зависимости от растворителя (дисперсионной среды), т.е. воды, спирта бензола или эфира и т.д., различают гидрозоли, алкозоли, бензоли, этерозоли и т.д.
Связнодисперсные системы. Гели.
Дисперсные системы могут быть свободнодисперсными и связнодисперсными в зависимости от отсутствия или наличия взаимодействия между частицами дисперсной фазы.
К свободнодисперсным системам относятся аэрозоли, лизоли, разбавленные суспензии и эмульсии. Они текучи. В этих системах частицы дисперсной фазы не имеют контактов, участвуют в беспорядочном тепловом движении, свободно перемещаются под действием силы тяжести.
На рисунках выше изображены свободно-дисперсные системы
:
На рисунках а, б, в
изображены корпускулярно-дисперсные системы
:
а,б
- монодисперсные системы,
в
- полидисперсная система,
На рисунке г
изображена волокнисто-дисперсная система
На рисунке д
изображена плёночно-дисперсная система
– твердообразны. Они возникают при контакте частиц дисперсной фазы, приводящем к образованию структуры в виде каркаса или сетки.
Такая структура ограничивает текучесть дисперсной системы и придаёт ей способность сохранять форму. Подобные структурированные коллоидные системы называются гелями .
Переход золя в гель, происходящий в результате понижения устойчивости золя, называют гелеобразованием (или желатинированием).
На рисунках а, б, в
изображены связнодисперсные системы
:
а
- гель,
б
- коагулят с плотной структурой,
в
- коагулят с рыхлой - "арочной" структурой
На рисунках г, д
изображены капилярнодисперсные системы
Порошки (пасты), пены – примеры связнодисперсных систем.
Почва , образовавшаяся в результате контакта и уплотнения дисперсных частиц почвенных минералов и гумусовых (органических) веществ, также представляет собой связнодисперсную систему.
Сплошную массу вещества могут пронизывать поры и капиляры, образующие капилярнодисперсные системы. К ним относятся, например, древесина, кожа, бумага, картон, ткани .
Лиофильность и лиофобность
Общей характеристикой коллоидных растворов является свойство их дисперсной фазы взаимодействовать с дисперсионной средой. В этом отношении различают два типа золей:
1. Лиофобные (от греческого phobia – ненависть ) и
2. Лиофильные (от греческого philia – любовь ).
У лиофобных золей частицы не имеют сродства к растворителю, слабо с ним взаимодействуют и образуют вокруг себя тонкую оболочку из молекул растворителя.
В частности, если дисперсионной средой является вода, то такие системы называются гидрофобными , например, золи металлов железа, золота, сернистого мышьяка, хлористого серебра и т.д.
В лиофильных системах между диспергированным веществом и растворителем имеется сродство. Частицы дисперсной фазы, в этом случае, приобретают более объёмную оболочку из молекул растворителя.
В случае водной дисперсионной среды такие системы называются гидрофильными , как, например, растворы белка, крахмала, агар-агара, гуммиарабика и др.
Коагуляция коллоидов. Стабилизаторы.
Вещество на границе раздела фаз.
Все жидкости и твёрдые тела ограничены внешней поверхностью, на которой они соприкасаются с фазами другого состава и структуры, например, с паром, другой жидкостью или твёрдым телом.
Свойства вещества в этой межфазовой поверхности , толщиной в несколько поперечников атомов или молекул, отличаются от свойств внутри объёма фазы.
Внутри объёма чистого вещества в твёрдом, жидком или газообразном состоянии любая молекула окружена себе подобными молекулами.
В пограничном слое молекулы находятся во взаимодействии или с другим числом молекул (другим в сравнении с взаимодействием внутри объёма вещества).
Это происходит, например, на границе жидкости или твёрдого тела с их паром. Либо в пограничном слое молекулы вещества взаимодействуют с молекулами другой химической природы, например, на границе двух взаимно малорастворимых жидкостей.
В результате различия в характере взаимодействия внутри объёма фаз и на границе фаз возникают силовые поля , связанные с этой неравномерностью. (Подробнее об этом в параграфе Поверхностное натяжение жидкости.)
Чем больше различие в напряжённости межмолекулярных сил, действующих в каждой из фаз, тем больше потенциальная энергия межфазовой поверхности, кратко называемой поверхностной энергией .
Поверхностное натяжение
Для оценки поверхностной энергии пользуются такой величиной, как удельная свободная поверхностная энергия.
Она равна работе затрачиваемой на образование единицы площади новой поверхности раздела фаз (при условии постоянной температуры).
В случае границы двух конденсированных фаз эту величину называют пограничным натяжением
.
Когда говорят о границе жидкости с её парами, то эту величину называют поверхностным натяжением
.
Коагуляция коллоидов
Все самопроизвольные процессы происходят в направлении уменьшения энергии системы (изобарного потенциала).
Аналогично, на границе раздела фаз самопроизвольно происходят процессы в направлении уменьшения свободной поверхностной энергии.
Свободная энергия тем меньше, чем меньше поверхность раздела фаз.
А поверхность раздела фаз, в свою очередь, связана со степенью дисперсности растворённого вещества. Чем выше дисперсность (мельче частицы дисперсной фазы), тем больше поверхность раздела фаз.
Таким образом, в дисперсных системах всегда существуют силы, приводящие к уменьшению суммарной поверхности раздела фаз , т.е. к укрупнению частиц. Поэтому происходит слияние мелких капель в туманах, дождевых облаках и эмульсиях – агрегация высокодисперсных частиц в более крупные образования.
Всё это приводит к разрушению дисперсных систем: туманы и дождевые облака проливаются дождём, эмульсии расслаиваются, коллоидные растворы коагулируют, т.е. разделяются на осадок дисперсной фазы (коагулят) и дисперсионную среду или в случае вытянутых частиц дисперсной фазы, превращаются в гель.
Способность раздробленных систем сохранять присущую им степень дисперсности называется агрегативной устойчивостью .
Стабилизаторы дисперсных систем
Как было сказано ранее, дисперсные системы принципиально термодинамически неустойчивы . Чем выше дисперсность, тем больше свободная поверхностная энергия, тем больше склонность к самопроизвольному уменьшению дисперсности.
Поэтому для получения устойчивых, т.е. длительно сохраняющихся суспензий, эмульсий, коллоидных растворов, необходимо не только достигнуть заданной дисперсности, но и создать условия для её стабилизации.
Ввиду этого устойчивые дисперсные системы состоят не менее чем из трёх компонентов: дисперсной фазы, дисперсионной среды и третьего компонента – стабилизатора дисперсной системы .
Стабилизатор может иметь как ионную, так и молекулярную, часто высокомолекулярную, природу.
Ионная стабилизация золей лиофобных коллоидов связана с присутствием малых концентраций электролитов, создающих ионные пограничные слои между дисперсной фазой и дисперсионной средой.
Высокомолекулярные соединения (белки, полипептиды, поливиниловый спирт и другие), добавляемые для стабилизации дисперсных систем, называют защитными коллоидами.
Адсорбируясь на границе раздела фаз, они образуют в поверхностном слое сетчатые и гелеобразные структуры, создающие структурно-механический барьер, который препятствует объединению частиц дисперсной фазы.
Структурно-механическая стабилизация имеет решающее значение для стабилизации взвесей, паст, пен, концентрированных эмульсий.
Дисперсионные системы можно разделить по размеру частиц дисперсионной фазы. Если размер частиц составляет меньше одного нм – это молекулярно - ионные системы, от одного до ста нм - коллоидные, и более ста нм - грубодисперсные. Группу молекулярно дисперсных систем представляют растворы. Это однородные системы, которые состоят из двух или более веществ и являются однофазными. К ним относятся газ, твердое вещество или растворы. В свою очередь эти системы можно разделить на подгруппы:
- Молекулярные. Когда органические вещества, такие как глюкоза, соединяются с неэлектролитами. Такие растворы назвали истинными для того, чтобы можно было отличать от коллоидных. К ним относятся растворы глюкозы, сахарозы, спиртовые и другие.
- Молекулярно-ионные. В случае взаимодействия между собой слабых электролитов. В эту группу входят кислотные растворы, азотистые, сероводородные и другие.
- Ионные. Соединение сильных электролитов. Яркие представители - это растворы щелочей, солей и некоторых кислот.
Коллоидные системы
Коллоидные системы - это микрогетерогенные системы, в которых размеры коллоидных частиц варьируют от 100 до 1 нм. Они длительное время могут не выпадать в осадок за счет сольватной ионной оболочки и электрического заряда. При распределении в среде коллоидные растворы заполняют равномерно весь объем и делятся на золи и гели, которые в свою очередь представляют собой осадки в виде студня. К ним относятся раствор альбумина, желатина, коллоидные растворы серебра. Холодец, суфле, пудинги - это яркие коллоидной систем, встречающихся в повседневной жизни.
Грубодисперсные системы
Непрозрачные системы или взвеси, в которых мелкие ингредиенты частицы видны невооруженным глазом. В процессе отстаивания дисперсная фаза легко отделяется от дисперсной среды. Они подразделяются на суспензии, эмульсии, аэрозоли. Системы, в которых в жидкой дисперсионной среде размещаются твердое вещество с более крупными частицами, называются суспензиями. К ним относятся водные растворы крахмала и глины. В отличие от суспензий, эмульсии получаются в результате смешивания двух жидкостей, в которых одна капельками распределяется в другой. Примером эмульсии является смесь масла с водой, капельки жира в молоке. Если мелкие твердые или жидкие частицы распределяется в газе - это аэрозоли. По сути аэрозоль - это суспензия в газе. Одним из представителей аэрозоля на основе жидкости является туман - это большое количество мелких водяных капелек, взвешенных в воздухе. Твердотельный аэрозоль – дым или пыль - множественное скопление мелких твердых частиц также взвешенных в воздухе.
Дисперсные системы и коллоидно-химические процессы имеют место как в пищевой промышленности, так и в общественном питании. Коллоидно-химические процессы, такие как набухание, растворение, студнеобразование, агрегация, коагуляция, осаждение, пептизация, адсорбция, лежат в основе производства многих пищевых продуктов: бульонов, мороженого, различных кондитерских изделий, молочных продуктов, а также в основе хлебопечения, виноделия, пивоварения. Масло, маргарин, майонез, сметана, сливки, молоко, представляют собой сложные коллоидные системы. Для осуществления управления технологическими процессами производства пищевых продуктов инженерам-экономистам необходимо знание характеристик дисперсных систем и их основных свойств.
Дисперсными системами называют системы, состоящие из вещества, раздробленного до частиц большей или меньшей величины, и распределенного в другом веществе. Одно и то же вещество может находиться в различной степени раздробленности: макроскопически видимые частицы (>0,2-0,1 мм, разрешающая способность глаза), микроскопически видимые частицы (от 0,2-0,1 мм до 400-300 нм*, разрешающая способность микроскопа при освещении белым светом) и в молекулярном (или ионном) состоянии. Между миром молекул и микроскопически видимых частиц находится область раздробленности вещества с комплексом новых свойств, присущих этой форме организации вещества. Такие невидимые в оптический микроскоп частицы называют коллоидными, а раздробленное (диспергированное) состояние веществ с размером частиц от 400-300 нм до 1 нм - коллоидным состоянием вещества.
Дисперсные системы состоят из сплошной непрерывной фазы - дисперсионной среды, в которой распределены раздробленные частицы, и находящихся в этой среде самих раздробленных частиц того или иного размера и формы - дисперсной фазы. Дисперсные системыявляются гетерогенными, т.е. для них характерно существование реальных физических поверхностей раздела фаз между дисперсионной фазой и дисперсной средой.
Обязательным условием получения дисперсных систем является взаимная нерастворимость диспергируемого вещества и дисперсионной среды. Например, нельзя получить коллоидные растворы сахара или поваренной соли в воде, но они могут быть получены в керосине или в бензоле, в которых эти вещества практически нерастворимы.
Количественной характеристикой дисперсности (раздробленности) вещества является степень дисперсности (степень раздробленности, D) - величина, обратная размеру (а) дисперсных частиц:
Здесь а равно либо диаметру сферических или волокнистых частиц, либо длине ребра кубических частиц, либо толщине пленок (рис.1). Чем меньше размеры частиц, тем больше дисперсность, и наоборот.
* 1 нм (нанометр) = 10 –6 мм.
), 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.
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:
Wikimedia Foundation . 2010 .
Смотреть что такое "Дисперсная система" в других словарях:
дисперсная система - дисперсная система: Система, состоящая из двух или более фаз (тел) с сильно развитой поверхностью раздела между ними. [ГОСТ Р 51109 97, статья 5.6] Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
дисперсная система - Система, состоящая из двух или более фаз (тел) с сильно развитой поверхностью раздела между ними. [ГОСТ Р 51109 97] [ГОСТ Р 12.4.233 2007] Тематики промышленная чистотасредства индивидуальной защиты … Справочник технического переводчика
дисперсная система - – гетерогенная система, состоящая из двух фаз или более, характеризующаяся сильно развитой поверхностью раздела между ними. Общая химия: учебник / А. В. Жолнин … Химические термины
дисперсная система - ▲ механическая смесь мелкий дисперсная система гетерогенная система, в которой частицы одной фазы (дисперсной) распределены в другой однородной фазе (дисперсионной среде). пена (клочья пены). пенка. пенить, ся. вспениться. пенистый. пенный.… … Идеографический словарь русского языка
дисперсная система - dispersinė sistema statusas T sritis chemija apibrėžtis Sistema, susidedanti iš dispersinės fazės ir dispersinės terpės (aplinkos). atitikmenys: angl. disperse system; dispersion rus. дисперсия; дисперсная система ryšiai: sinonimas – dispersija … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas
дисперсная система - dispersinė sistema statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. disperse system vok. disperses System, n rus. дисперсная система, n pranc. système dispersé, m … Fizikos terminų žodynas
дисперсная система - гетерогенная система из двух или большего числа фаз с сильно развитой поверхностью раздела между ними. В дисперсной системе, по крайней мере одна из фаз (ее называют дисперсной) включается в виде мелких частиц в другую… … Энциклопедический словарь по металлургии
Физико механическая система, состоящая из дисперсной фазы и дисперсионной среды. Различают грубодисперсные и высокодисперсные (коллоидные) системы.