Дисперсионные системы

     При введении в дисперсные системы в  качестве стабилизатора ПАВ фактором стабилизации могут быть "термодинамическая упругость" пленок среды, разделяющей частицы. Стабилизация обеспечивается тем, что при сближении частиц, например, капель или газовых пузырей, происходит растяжение и утоньшение разделяющей их прослойки, содержащей ПАВ, и, как следствие, нарушение адсорбции равновесия. Восстановление этого равновесия и приводит к повышению устойчивости прослойки среды, разделяющей частицы. Гидродинамическое сопротивление вытеснению жидкой дисперсионной среды из прослойки между сближающимися частицами - один из кинетических факторов стабилизации дисперсных систем. Он особенно эффективен в системах с высоковязкой дисперсионной средой, а при застекловывании последней делает систему неограниченно устойчивой к агрегации частиц и коалесценции. Структурно-механически фактор стабилизации, по П. А. Ребиндеру, возникает при образовании на межфазной границе полимолекулярных защитных слоев из мицеллообразующих ПАВ, высокомолекулярных соединении, а иногда и тонких сплошных или дискретных фазовых пленок. Межфазный защитный слой должен обладать способностью сопротивляться деформациям и разрушению, достаточной подвижностью для "залечивания" возникших в нем дефектов и, что особенно важно, быть лиофилизованным с внешней стороны, обращенной в сторону дисперсионной среды. Если защитный слой недостаточно лиофилен, он, предохраняя частицы от коалесценции, не сможет предотвратить коагуляции. Структурно-механически барьер является, по существу, комплексным фактором стабилизации, который включает термодинамичкие, кинетические и структурные составляющие. Он универсален и способен обеспечить высокую агрегативную устойчивость любых дисперсных систем с жидкой дисперсионной средой, в том числе высококонцентрированных, наиболее важных в практических отношении. Основные свойства дисперсных систем определяются поверхностными явлениями: адсорбцией, образованием двойного электрического слоя и обусловленных им электрокинетических явлений, контактными взаимодействиями частиц дисперсной фазы. Размер частиц определяет оптические (светорассеяние и др.) и молекулярно-кинетические свойства. Дисперсные системы повсеместно распространены в природе. Это - горные породы, грунты, почвы, гидросферные осадки, растительные и животные ткани. Дисперсные системы широко используют в технологических процессах; в виде дисперсных систем выпускается большинство промышленных продуктов и предметов бытового потребления. Высокодисперсные технические материалы отличаются чрезвычайно большой прочностью. На высокоразвитых поверхностях интенсивно протекают гетерогенные и гетерогенно-каталитические химические процессы. Учение о дисперсных системах и поверхностных явлениях в них составляет сущность коллоидной химии. Самостоятельный раздел коллоидной химии - физико-химическая механика - изучаeт закономерности структурообразования и механические свойства структурированных дисперсных систем и материалов в их связи с физическими-химическими явлениями на межфазных границах. 

Методы  исследования дисперсионной системы.

     Таким образом, изучение гетерогенности и  дисперсности системы всецело зависит  от методов, которые имеются для различения или для фактического разделения обеих фаз дисперсной системы. Первой цели служат оптические методы. В случае суспензии и эмульсий гетерогенность обнаруживается непосредственно микроскопическим наблюдением. Для коллоидальных растворов оптическая гетерогенность обнаруживается явлением Фарадея-Тиндаля (Faraday, Tyndall): если на раствор направить сбоку сильный пучок света, то благодаря рассеиванию его коллоидальными частицами путь луча в растворе обнаружится в виде светящегося конуса— так называемые «конуса Тиндаля»; молекулярно- и ионно-дисперсные растворы остаются в этих условиях темными, «оптически пустыми». На подобном рассеянии света коллоидальными частицами основана возможность наблюдать их в ультрамикроскоп. От размеров частиц во многих случаях зависит также окраска коллоидальных растворов. Бесцветные вещества при известных размерах своих частиц могут путем рассеяния света давать ту или иную окраску. Согласно теории, разработанной Релеем (Rayleigh), этим обусловлена окраска так называемых «мутных сред» (напр. гидрозоль мастики имеет в проходящем свете желтую или коричневую окраску, в падающем— голубоватую). Таким же рассеянием света мельчайшими частицами в верхних слоях атмосферы объясняется, как известно, голубой цвет неба. При изменении степени дисперсности коллоида и размеров его частиц изменяется во многих случаях и его окраска. В прочем возможность обнаружить гетерогенность системы оптическими методами зависит не только от размеров дисперсных частиц, но и от их оптических свойств. Чем сильнее отличается показатель преломления частицы от показателя преломления окружающей среды, тем легче может она быть обнаружена. Поэтому, например: в гидрозолях тяжелых металлов (золото, серебро и т. п.), имеющих очень плотные частицы, последние легко обнаруживаются под ультрамикроскопом, между тем как сильно набухшие (и потому мало отличающиеся от окружающей воды) белковые частицы могут—при значительно больших размерах—оставаться незамеченными. Химически гетерогенная система может быть оптически гомогенной. Не менее существенным признаком для характеристики дисперсной системы могут служить те приемы, которые позволяют отделять друг от друга их фазы. Находящееся в истинном растворе вещество может быть нацело отделено от растворителя лишь при помощи больших или малых специфических химических реакций. У коллоидных растворов и особенно у более грубых дисперсных систем для такого разделения применимы чисто механические методы. Грубо гетерогенные взвеси могут быть отделены от своей дисперсионной среды путем фильтрации. Тот же прием применим и к коллоидальным растворам, если только взять более плотный фильтр с соответственно уменьшенными порами. В зависимости от диаметра своих пор такие «ультрафильтры» задерживают все или некоторые коллоидальные частицы. Пользуясь серией ультрафильтров различной пористости и исследуя, какие из них пропускают коллоидальный раствор и какие задерживают его частицы, можно определить величину последних. Прохождение жидкости совершается при этом под более или менее значительным давлением и требует применения специальных приборов. Другим способом механического разделения обеих фаз дисперсных систем служит центрифугирование. В некоторых случаях при значительном увеличении числа оборотов этот метод может быть применен не только к суспензиям и эмульсиям, но также и к коллоидальным растворам. Удельная поверхность. По мере раздробления одной из фаз гетерогенной системы на все более и более мелкие частицы, по мере увеличения степени дисперсности, пограничная поверхность, разделяющая обе фазы, непрерывно возрастает. Это увеличение пограничной поверхности легко выразить количественно. Как известно, поверхность тела пропорциональна квадрату, а объем (или масса)— кубу его линейного измерения. Если шарообразную каплю масла, взвешенную в водном растворе, разбить на более мелкие капли, имеющие в десять раз меньший диаметр, то поверхность каждой новой капли будет в сто раз меньше первоначальной. В то же время масса капли уменьшится в тысячу раз, т. е. вместо одной капли мы получим теперь тысячу капель, общая поверхность которых будет в десять раз больше исходной. Общую поверхность дисперсной фазы, отнесенную к единице ее объема, называют удельной поверхностью. Таким образом, с увеличением раздробленности дисперсной системы ее удельная поверхность возрастает. Поверхность соприкосновения крови и клеток направления возрастает путем распределения крови по все более и более мелким сосудам и капиллярам. В других случаях величина поверхности увеличивается за счет усложнения ее формы. Так, возрастает всасывающая поверхность кишок благодаря развитию кишечных ворсинок. Особенно мощным средством увеличения пограничных поверхностей является, однако, и в организме образование дисперсной системы. Примером грубой дисперсной системы может служить кровь, представляющая суспензию эритроцитов в дисперсионной среде—плазме. Наконец само клеточное строение всех живых организмов может служить наиболее ярким доказательством значения мелко раздробленного состояния и большой удельной поверхности для жизни. Только в состоянии покоя протоплазма может собираться большими или малыми значительными сплошными массами, какие можно видеть например в крупных яйцах некоторых животных. Развитие организма начинается с дробления яйца на более мелкие клетки: прежде всего: растет не масса, а поверхность зародыша. Протоплазма многоклеточного организма образует огромную "поверхность, омываемую кровью и тканевыми жидкостями. Еще более мелко раздроблены ядра, образующие свою поверхность раздела с протоплазмой. Наконец кроме этих легко заметных микроскопических структур в клетке имеются более мелкие коллоидальные образования, постепенно уменьшающиеся до ультрамикроскопических размеров. В гетерогенных системах скорость химических процессов в большинстве случаев зависит от величины пограничной поверхности, по которой происходит обмен веществ между обеими соприкасающимися фазами. Та же поверхность является местом действия значительных поверхностных сил. Изменения степени дисперсности и связанные с ними изменения удельной поверхности являются, мощным средством, влияющим на интенсивность биологических процессов.  
 

Список  использованной литературы:

Гатчек  Э., Введение в физику и химию коллоидов, Москва «КолосС», 1927, с. 65-90. 

Дерягин Б. В., "Успехи химии", 1979, т. 48, в. 4, с. 675-721.

Ребиндер  П. А., Поверхностные явления в дисперсных системах. Коллоидная химия, Избранные труды, Москва «Просвещения», 1978, с. 525-610.

Урьев Н. Б., Высококонцентрированные дисперсные системы, Москва «КолосС», 1980, с. 278-325.

Щукин Е. Д., Перцов А. В., Амелина Е. А., Коллоидная химия, Москва, 1982, с. 189-267.

www.allfuel.ru