Дисперсными называют системы, состоящие из множества малых частиц, распределенных в жидкой, твердой или газообразной среде.

Понятие дисперсный происходит от латинского dispersus раздробленный, рассеянный.

Для всех дисперсных систем характерны два основных признака: высокая раздробленность (дисперсность) и гетерогенность.

Все особые свойства, характерные для объектов коллоидной химии, являются функциями или следствием их гетерогенности и дисперсности.

Гетерогенность -это многофазность, т.е., признаком гетерогенности является наличие межфазной поверхности, или поверхности раздела, процессы и явления, происходящие на поверхности раздела фаз и являются основным предметом изучения коллоидной химии.

Таким образом, гетерогенность проявляется в том, что система состоит как минимум из двух фаз: дисперсной фазы и дисперсионной среды.

Дисперсность - второй признак объектов коллоидной химии. Она определяется размерами и геометрией тела.

Частицы могут иметь самую различную форму: сферическую, цилиндрическую, прямоугольную, чаще - неправильную. Если частицу изобразить в оксонометрии по всем трем ее измерениям - X, Y, Z - то раздробленность ее определяется размером по той оси, уменьшением которого она достигнута, т.е. наименьшим диаметром a.

Дисперсность - важнейший признак объектов коллоидной химии. С ростом дисперсности повышается роль поверхностных явлений в системе, так как увеличивается доля поверхностных молекул и соответственно доля вещества в коллоидном состоянии.

Но одна только дисперсность без гетерогенности не может определить принадлежность объекта к коллоидной химии - например, истинные растворы представляют собой наивысшую степень молекулярной дисперсии растворенного вещества в растворе, но отсутствие гетерогенности, т.е. межфазной поверхности, исключает проявление закономерностей поверхностных процессов и поэтому истинные растворы мы не относим к объектам коллоидной химии.

С другой стороны, галька на дне реки или озера и вода тоже не представляют собой коллоидную систему, хотя и имеют четко выраженную поверхность раздела. Определяющим здесь является размер частиц, который показывает, что система не является коллоидной. В настоящее время принято коллоидными частицами считать частицы, размер которых заключен в диапазоне от 2 до 2000 нанометров.

Выделение систем с определенным размером частиц в особый класс коллоидных систем не является чисто формальным.

Высокая дисперсность придает этим веществам новые качественные признаки: повышенную реакционную способность и растворимость, интенсивность окраски, способность рассеивать свет.

Резкое изменение свойств вещества с повышением дисперсности связано с быстрым увеличением суммарной поверхности раздела между частицами и средой.

Большая поверхность раздела создает в коллоидных системах большой запас поверхностной энергии Гиббса, что делает коллоидные системы термодинамически неустойчивыми, чрезвычайно реакционноспособными. В этих системах легко протекают самопроизвольные процессы, приводящие к снижению запаса поверхностной энергии: адсорбция, коагуляция, образование макроструктур и т.д.

Современная коллоидная химия - это крупная самостоятельная область химии, изучающая дисперсное состояние вещества и поверхностные явления в дисперсных системах.

К дисперсным системам относят не только классические золи и гели, но и различные технические суспензии и эмульсии, пасты и смазки, краски, порошки, поликристаллические и пористые тела, пленки и пены, аэрозоли, природные дисперсные системы: нефть, уголь, торф, почвы и грунты, горные породы, облака и туманы, живые клетки.

В соответствии с этим в коллоидной химии образовались новые крупные разделы:

Поверхностные явления и поверхностные силы

Устойчивость дисперсных систем и тонких пленок

Кинетика электроповерхностных явлений и массобменных процессов

Механохимия и массоэмиссия твердых поверхностей

Коллоидная химия полимеров

Физикохимия поверхностно-активных веществ

Коллоидная химия нефти и нефтепродуктов

Коллоидная химия природных дисперсных систем и охрана окружающей среды

Учение об аэродисперсных системах.

· 2. Классификация дисперсных систем. Классификацию дисперсных систем проводят на основе различных признаков:

1. Классификация по размеру частиц.

Дисперсность D представляет собой основную характеристику дисперсной системы и математически определяется как величина, обратная размеру частицы a

a - диаметр частицы, м -1

Другой характеристикой раздробленности вещества является величина удельной поверхности Sуд, которая определяется как отношение поверхности частицы к ее объему или массе:

Sуд = S/V

Sуд = S/m

Физический смысл понятия " удельная поверхность " заключается в том, что это суммарная поверхность всех частиц, общий объем которых составляет 1 м3 или 1 кг.

По дисперсности системы подразделяют на:

грубодисперсные -10 ^-4м до 10 ^-7 м (взвеси, суспензии, порошки, эмульсии)

коллоидно-дисперсные или ультрамикрогетерогенные(золи) - с размером частиц 10 ^-7 10 ^-9 м и

молекулярные и ионные растворы - с размером частиц менее 10 ^-9м.

Примерами дисперсных систем являются: взвесь эритроцитов - 7*10 ^-6 м, вирус гриппа - 1*10 ^-7м, золь золота - 1*10 ^-8 м.

2. Классификация по агрегатному состоянию фаз.

Высокодисперсные коллоидные растворы, относящиеся к типу систем Т/Ж называют золями (лат solutio - раствор)

В зависимости от агрегатного состояния дисперсионной среды различают лиозоли, аэрозоли (Т/Г), твердые золи (Т/Т, аэрозоли твердых лекарств, например).

3. Классификация по отсутствию или наличию взаимодействия между частицами дисперсной фазы.

По кинетическим свойствам дисперсной фазы дисперсные системы подразделяют на два класса: свободно-дисперсные, (в них частицы не связаны между собой и свободно перемещаются в дисперсной среде) и связно-дисперсные, в которых одна из фаз структурно закреплена и не может перемещаться свободно. К ним относят гели, студни, пены, твердые растворы.

4. Классификация по степени взаимодействия между фазой и средой.

Под взаимодействием фаз дисперсных систем подразумевают процессы сольватации (гидратации) оболочек из дисперсионной среды вокруг частиц дисперсной фазы.

Системы, в которых сильно проявляется взаимодействие частиц фазы с растворителем, называют лиофильными (по отношению к воде -гидрофильными), где это взаимодействие слабо выражено - лиофобными (гидрофобными).

Лиофильные хорошо сольватирующиеся дисперсные системы образуются путем самопроизвольного диспергирования. Такие системы термодинамически устойчивы, благодаря тому, что образование объемных сольватных (гидратных) оболочек вокруг частиц дисперсной фазы препятствует возрастанию энергии Гиббса. Примерами таких систем являются растворы некоторых глин и ПАВ, растворы ВМС.

У гидрофобных золей частицы фазы состоят из труднорастворимых соединений, отсутствует или слабо выражено сродство дисперсной фазы к растворителю. Такие частицы плохо сольватированы. К этому типу систем относят типичные коллоидные растворы - золи металлов.