26.Дисперсные системы и их классификация. Коллоидные растворы, строение мицеллы.

Дисперсной называется гетерогенная система, в которой одна фаза, раздробленная до мелких частиц, распределена в газе, жидкости или твердом теле. В таких системах раздробленное вещество принято называть дисперсной фазой, а среду, в которой она распределена, - дисперсионной средой. Дисперсные системы, в отличие от гетерогенных с относительно крупными, сплошными фазами, называют микрогетерогенными, а коллоиднодисперсные системы называют ультрамикрогетерогенными.

Классификация:  

 Т

Грубодисперсные системы.

Эти системы содержат в качестве дисперсной фазы наиболее крупные частицы диаметром от0,1 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.

Высокодисперсные системы называют коллоидными растворами или золями.

Золь – высокодисперсная система с жидкой, газообразной или твердой дисперсионной средой и размером частиц дисперсной фазы 10-7 – 10-9 м, т.е. в 10 – 1000 раз больше, чем размеры атомов, молекул или ионов, если принять во внимание расчет, приведенный выше.

Если дисперсионной средой является газ, например воздух, дисперсная система называется аэрозолем. В помещении всегда присутствуют микрочастицы пыли (аэрозоль).

К золям с твердой дисперсионной средой относятся рубиновые стекла. В рубиновом стекле микрочастицы золота в ничтожных количествах (0.01 мас. %) распределены по всему объему предварительно расплавленного стекла.

Системы средней и грубой дисперсности отличаются от высокодисперсных систем более крупными частицами дисперсной фазы К ним относятся эмульсии (Ж/Ж), суспензии и пасты (Т/Ж), пены (Г/Ж), сыпучие порошки (Т/Г) и твердые пены (Г/Т).

Эмульсии (Ж/Ж) – это грубодисперсные системы с жидкой дисперсной фазой и жидкой дисперсионной средой. Наибольшее практическое применение имеют системы, в которых одной из фаз является вода (В), а другой – нерастворимая или плохо растворимая в воде органическая жидкость, которую условно называют маслом (М). Прямые эмульсии –  это капли масла в воде (М/В), например молоко, а обратные эмульсии – капли воды в масле (В/М), например сливочное масло Среди искусственных эмульсий назовем маргарин, лекарственные и косметические мази и кремы.

           Суспензии (Т/Ж) – грубодисперсные системы с твердой дисперсной фазой и жидкой дисперсионной средой. К таким системам относятся масляные краски эмали, цветные лаки. Обычно они готовятся на растительных или синтетических маслах (дисперсионная среда), дисперсной фазой является твердый краситель.

Пасты (Т/Ж) – концентрированные суспензии, например зубная паста содержит воду, твердые частички мела (СаСО3), и другие добавки, включая поверхностно-активные вещества (ПАВ).

           Пена – грубодисперсная система с газовой дисперсной фазой и жидкой (Г/Ж) или твердой (Г/Т) дисперсионной средой (рис. 14).

           Мыльная пена – это дисперсная система, где воздух является дисперсной фазой, а вода – дисперсионной средой. Пены с жидкой дисперсионной средой, как правило, неустойчивы, а с твердой дисперсионной средой могут существовать длительное время.

Раздробленность приводит к резкому увеличению поверхности раздела между дисперсной фазой и дисперсионной средой. Для оценки межфазовой границы используют понятие удельной поверхности Sуд – поверхности раздела фаз S, отнесенной к единице массы дисперсной фазы или ее объему:

 или

мицелла (англ. micelle) — отдельная частица высокодисперсной коллоидной системы с жидкой дисперсионной средой, состоящая из ядра и поверхностной стабилизирующей оболочки. Средний размер мицелл составляет от 1 до 100 нм.

К мицеллам относят частицы в лиофильных коллоидах (растворах поверхностноактивных веществ). В лиофильных золях мицелла представляет собой ассоциат молекул (агрегаты, состоящие из десятка и сотен амфильных молекул). В каждой молекуле длинный гидрофобный радикал связан с полярной (гидрофильной) группой. При образовании мицеллы несколько десятков или сотен молекул объединяются так, что гидрофобные радикалы образуют ядро (внутреннюю область), а гидрофильные группы — поверхностный слой мицеллы. Концентрацию поверхностно-активных веществ в растворе, при которой в системе образуются устойчивые мицеллы, находящиеся в равновесии с неассоциированными молекулами поверхностно-активного вещества, называют критической концентрацией мицеллоообразования. Если дисперсионной средой является органическая жидкость, ориентация молекул в мицелле может быть обратной: ядро содержит полярные группы, а гидрофобные радикалы обращены во внешнюю фазу (обратная мицелла).В лиофобных гидрозолях, стабилизованных электролитами, ядро мицеллы окружено двумя слоями противоположно заряженных ионов, т. е. двойным электрическим слоем. Диффузный слой ионов препятствует сближению и агрегированию (сцеплению) частиц.