Количественные характеристики дисперсных систем

1. Средний (, минимальный (d_min) и максимальный (d_{max )} размер дисперсных частиц.

2. Концентрация частиц (ν, м^-3), равная числу дисперсных частиц (n_d) в единице объема дисперсионной среды (V):

     (1.1)

Все многообразие дисперсных систем объединяет совокупность двух признаков – гетерогенность и дисперсность.

3. Гетерогенность – указывает на наличие межфазной поверхности, на различие в природе (полярности) и структуре фаз. Количественная характеристика гетерогенности – величина поверхностного натяжения (σ). Она определяет степень гетерогенности, резкость перехода от одной фазы к другой.

4. Дисперсность (степень раздробленности) определяется размером и геометрией частиц. Дисперсная фаза может иметь малые размеры во всех трех измерениях (частицы), в двух измерениях (волокна, нити, капилляры), в одном измерении (пленки, пены, мембраны, адсорбционные слои). Степень раздробленности оценивают

а) величиной D = 1/ d (м^-1), где d – поперечный размер частицы. В случае сферических частиц d – диаметр.

       Дисперсность сферических или кубических частиц одинакового размера (d) равна

D = 6 / d                             (1.2)

 

б) величиной удельной поверхности дисперсной фазы.

Удельная поверхность – это суммарная поверхность всех частиц S, отнесенная к их суммарному объему V:

S _уд = (S / V) (м^-1) (1.3)

или к суммарной массе m:

Σ = (S / m) (м²/кг или м²/г)      (1.4).

           

Для сферической частицы с радиусом r:

(1.5)

Для кубической частицы с ребром куба d:

S_1,2 = 6 d², V = d³

В общем случае

 

где β – коэффициент формы частиц (для сферических и кубических частиц β= 6.

 

Важнейшее свойство всех дисперсных систем – очень большая удельная поверхность.

1.1. Зависимость удельной поверхности дисперсной системы от размера частиц.

5. Поверхностное натяжение (σ, Дж/м²) на границе дисперсных частиц с дисперсионной средой – основной термодинамический параметр, характеризующий свойства поверхности раздела фаз; для жидкостей численно равно удельной свободной поверхностной энергии:

σ = (dG/ds) _{P , T}. (1.9)

6. Время жизни дисперсной системы – количественная характеристика т/д неустойчивости дисперсных систем. Причина неустойчивости – большая суммарная поверхность дисперсных частиц, и, как следствие, избыток энергии Гельмгольца (Δ F) по сравнению с компактной микроскопической фазой того же вещества. Избыточная энергия стимулирует процессы, которые ведут к укрупнению, или агрегации, дисперсных частиц. В результате происходит «гибель» дисперсной системы. Количественной мерой продолжительности существования дисперсных систем с жидкой или газовой дисперсной фазой служит время жизни (τ) одной дисперсной частицы – капли в эмульсиях, тонкой жидкой пленки в пенах и газового пузырька в газовых эмульсиях.

       Другая характеристика продолжительности жизни ДС – период полураспада (τ_1/2). Он определяется временем, за которое начальная (в момент образования дисперсной системы) концентрация частиц (ν_о) уменьшается в 2 раза. Эту характеристику используют преимущественно для систем с твердой дисперсной фазой (коллоидных растворов) и эмульсий.