Методы получения дисперсных систем

*диспергирование – дробление крупных частиц грубодисперсных систем до коллоидной дисперсности

*конденсация – соединение атомов, ионов или молекул в более крупные частицы (агрегаты) коллоидных размеров

Среди дисперсионных методов широко известны:

1. Механическое – измельчение материалов дроблением их при помощи шаровых и коллоидных мельниц, с использованием ударной энергии специально сконструированных лопастей.

2. Ультразвуковое – измельчение, которое основано на частой смене сжатий и расширений твердых частиц под воздействием ультразвуковых колебаний. Чаще всего метод применяют для получения эмульсий

3. Химическое диспергирование – осуществляют с помощью пептизаторов. Добавки электролита способны создать гидратную оболочку на поверхности частиц, что препятствует слипанию и способствует превращению дисперсной фазы в золь (коллоид). 

4. Электрическое диспергирование – применяется для получения коллоидных растворов благородных металлов.

Пептизацией называют процесс перехода свежеполученного при коагуляции осадка в золь под действием веществ, называемых пептизаторами.

*Ионы и молекулы пептизаторов, адсорбируясь на коллоидных частицах осадка, образуют двойной электрический слой и сольватную оболочку вокруг частиц, что приводит к преодолению сил молекулярного сцепления между ними.

3. Молекулярно-кинетические свойства дисперсий: осмос (аналог уравнения Вант-Гоффа), диффузия (уравнение Эйнштейна), броуновское движение (уравнение Эйнштейна-Смолуховского).

Коллоидные системы обладают молекулярно-кинетическими свойствами, к которым относятся диффузия, броуновское движение и осмос.

Броуновское движение – это непрерывное беспорядочное движение частиц микроскопических и коллоидных размеров, не затухающие во времени. Это движение тем интенсивнее, чем выше температура и чем меньше масса частицы и вязкость дисперсионной среды.

В общих чертах явление броуновского движения можно представить следующим образом. Если частица мала, то число одновременно получаемых ею ударов со стороны молекул среды не слишком велико и возникает вероятность неравномерного распределения импульсов, получаемых частицей с разных сторон. Это обусловлено как разным количеством ударов, так и различной энергией молекул среды, сталкивающихся с частицей. В результате взвешенные в жидкости частицы приобретают поступательное, вращательное и колебательное движение.

Броуновское движение совершенно хаотично, т. е. в нем наблюдается полная равноправность всех направлений.

Для количественной характеристики броуновского движения используется средний сдвиг ,которыйсвязанскоэффициентомдиффузииуравнениемЭйнштейна-Смолуховского:

где D – коэффициент диффузии, τ – время диффузии.

Диффузией называется самопроизвольный процесс выравнивания концентрации молекул, ионов или коллоидных частиц под влиянием их теплового движения. Процесс диффузии идет самопроизвольно, поскольку он сопровождается увеличением энтропии системы.Равномерное распределение вещества в системе отвечает ее наиболее вероятному состоянию.

(!) Процесс диффузии является необратимым, он протекает до полного выравнивания концентрации, так как хаотическое распределение частиц отвечает максимальной энтропии системы. Возвращение системы в первоначальное состояние возможно только в результате внешних воздействий.

Молекулярно-кинетические свойства дисперсных систем, например, коллоидных растворов, подобны аналогичным свойствам молекулярных растворов неэлектролитов. Однако у коллоидных растворов эти свойства выражены значительно слабее, т. к. при одной и той же массовой доле число частиц в коллоидном растворе значительно меньше, чем в истинном. Следует обратить внимание на то, что поскольку молекулярно-кинетические свойства определяются не химическим составом вещества, а числом кинетических единиц (атомов, молекул, ионов, коллоидных частиц), то концентрацию коллоидной системы следует выражать числом частиц дисперсной фазы в единице объема системы.

Осмос – это односторонняя диффузия молекул растворителя через полупроницаемую мембрану при условии разности концентраций раствора по обе стороны мембраны.

Механизм: При разделении двух растворов различной концентрации или раствора и чистого растворителя полупроницаемой перегородкой (мембраной) возникает поток растворителя от меньшей концентрации вещества к большей, что приводит к выравниванию концентраций. Возникновение потока обусловлено тем, что число ударов молекул растворителя о мембрану со стороны более разбавленного раствора (или чистого растворителя) будет больше, чем со стороны более концентрированного раствора. Это избыточное число ударов и является причиной перемещения растворителя через поры мембраны туда, где молекул меньше. Подобное объяснение является кинетической трактовкой причины осмоса.