ДИСПЕ́РСНЫЕ СИСТЕ́МЫ

ДИСПЕ́РСНЫЕ СИСТЕ́МЫ, ге­те­ро­ген­ные сис­те­мы, со­стоя­щие из двух и бо­лее фаз с силь­но раз­ви­той по­верх­но­стью раз­де­ла ме­ж­ду ни­ми. Д. с. пред­став­ля­ют со­бой со­во­куп­ность мел­ких твёр­дых час­тиц, ка­пель, пу­зырь­ков и т. д. (дис­перс­ная фа­за), рас­пре­де­лён­ных в од­но­род­ной фа­зе (дис­пер­си­он­ной сре­де). Осн. при­зна­ком, по­зво­ляю­щим от­ли­чить дис­пер­си­он­ную сре­ду от дис­перс­ной фа­зы, яв­ля­ет­ся не­пре­рыв­ность дис­пер­си­он­ной сре­ды. Д. с. клас­си­фи­ци­ру­ют по аг­ре­гат­но­му со­стоя­нию об­ра­зую­щих сис­те­му фаз (таб­ли­ца).

В за­ви­си­мо­сти от раз­ме­ра час­тиц Д. с. под­раз­де­ля­ют на гру­бо­дис­перс­ные (взве­си), со­стоя­щие из час­тиц раз­ме­ром св. 1000 нм, и тон­ко­дис­перс­ные (кол­ло­ид­ные сис­те­мы, кол­лои­ды) с раз­ме­ра­ми час­тиц от 1 нм до 1000 нм. В от­дель­ную груп­пу вы­де­ля­ют ульт­ра­мик­ро­ге­те­ро­ген­ные Д. с. (см. На­но­дис­перс­ные кол­ло­ид­ные сис­те­мы) с раз­ме­ра­ми час­тиц от 1 до 100 нм. К час­ти­цам с раз­ме­ра­ми ме­нее 1 нм по­ня­тие фа­зы не­при­ме­ни­мо, т. к. их раз­ме­ры при­бли­жа­ют­ся к мо­ле­ку­ляр­ным. По­это­му сис­те­мы, со­стоя­щие из та­ких час­тиц, при­ня­то от­но­сить к ис­тин­ным (мо­ле­ку­ляр­ным) рас­тво­рам. Чем бли­же раз­мер час­тиц дис­перс­ной фа­зы к ми­ни­маль­но воз­мож­но­му, тем силь­нее про­яв­ля­ют­ся мас­штаб­ные эф­фек­ты, т. е. за­ви­си­мость разл. свойств сис­те­мы от раз­ме­ра час­тиц. Ес­ли все час­ти­цы дис­перс­ной фа­зы име­ют оди­на­ко­вые раз­меры, то сис­те­мы на­зы­ва­ют мо­но­дис­перс­ны­ми; час­ти­цы дис­перс­ной фа­зы не­оди­на­ко­во­го раз­ме­ра об­ра­зу­ют по­ли­дис­перс­ные сис­те­мы. Др. важ­ны­ми ха­рак­те­ристи­ка­ми Д. с. яв­ля­ют­ся дис­перс­ность (ве­ли­чи­на, об­рат­ная раз­ме­ру час­тиц) и ве­ли­чи­на меж­фаз­ной по­верх­но­сти.

По при­зна­ку под­виж­но­сти дис­перс­ной фа­зы Д. с. мо­гут быть сво­бод­но- или связ­но­дис­перс­ные. В сво­бод­но­дис­перс­ных сис­те­мах час­ти­цы дис­перс­ной фа­зы не свя­за­ны ме­ж­ду со­бой и мо­гут пе­ре­ме­щать­ся не­за­ви­си­мо друг от дру­га (зо­ли, в т. ч. аэ­ро­зо­ли, сус­пен­зии, эмуль­сии). В связ­но­дис­перс­ных сис­те­мах час­ти­цы под дей­ст­ви­ем сил разл. при­ро­ды об­ра­зу­ют струк­ту­ру, пре­пят­ст­вую­щую их сво­бод­но­му пе­ре­ме­ще­нию (ге­ли, в т. ч. аэ­ро­ге­ли и студ­ни, пе­ны). На­ли­чие струк­ту­ры при­да­ёт та­ким сис­те­мам оп­ре­де­лён­ные ме­ха­нич. свой­ст­ва (проч­ность, со­про­тив­ле­ние сдви­гу, спо­соб­ность со­хра­нять фор­му). Са­мо­про­из­воль­ное аг­ре­ги­ро­ва­ние и струк­ту­ро­об­ра­зо­ва­ние в Д. с. ста­но­вит­ся воз­мож­ным при дос­ти­же­нии кри­тич. кон­цен­тра­ции дис­перс­ной фа­зы и кри­тич. раз­ме­ра час­тиц; при при­бли­же­нии диа­мет­ра час­тиц к кри­ти­че­ско­му си­ла меж­мо­ле­ку­ляр­но­го взаи­мо­дей­ст­вия час­тиц ста­но­вит­ся со­из­ме­ри­мой с их ве­сом, что пре­дот­вра­ща­ет раз­ру­ше­ние Д. с. под дей­ст­ви­ем си­лы тя­же­сти.

По си­ле меж­мо­ле­ку­ляр­но­го взаи­мо­дей­ст­вия дис­перс­ной фа­зы с дис­пер­си­он­ной сре­дой Д. с. под­раз­де­ля­ют на лио­филь­ные и лио­фоб­ные. Для пер­вых ха­рак­тер­но силь­ное меж­фаз­ное взаи­мо­дей­ст­вие и ском­пен­си­ро­ван­ность сил меж­мо­ле­ку­ляр­но­го взаи­мо­дей­ст­вия у по­верх­но­сти раз­де­ла фаз, что вы­ра­жа­ет­ся в низ­ких зна­че­ни­ях энер­гии об­ра­зо­ва­ния но­вой меж­фаз­ной по­верх­но­сти (по­верх­но­ст­но­го на­тя­же­ния). По этой при­чи­не, а так­же вслед­ст­вие уча­стия час­тиц в те­п­ло­вом дви­же­нии лио­филь­ные Д. с. яв­ля­ют­ся тер­мо­ди­на­ми­че­ски ус­той­чи­вы­ми, мо­гут су­ще­ст­во­вать не­ог­ра­ни­чен­но дол­го, для них ха­рак­тер­но са­мо­про­из­воль­ное дис­пер­ги­ро­ва­ние. К та­ким сис­те­мам от­но­сят­ся кол­ло­ид­ные рас­тво­ры ПАВ и вы­со­ко­мо­ле­ку­ляр­ных со­еди­не­ний, эмуль­сии вбли­зи кри­тич. темп-ры сме­ше­ния фаз и др. Лио­фоб­ные сис­те­мы ха­рак­те­ри­зу­ют­ся сла­бым меж­фаз­ным взаи­мо­дей­ст­ви­ем, зна­чит. не­ском­пен­си­ро­ван­но­стью по­верх­но­ст­ных сил (из­быт­ком меж­фаз­ной энер­гии – вы­со­ким по­верх­но­ст­ным на­тя­же­ни­ем). В ре­зуль­та­те стрем­ле­ния сис­те­мы умень­шить из­бы­точ­ную по­верх­но­ст­ную энер­гию за счёт со­кра­ще­ния меж­фаз­ной по­верх­но­сти мо­жет про­ис­хо­дить слия­ние и ук­руп­не­ние час­тиц дис­перс­ной фа­зы (коа­гу­ля­ция или, в слу­чае эмуль­сий, коа­лес­цен­ция), при­во­дя­щее к раз­де­ле­нию Д. с. на со­став­ляю­щие её од­но­род­ные фа­зы. Т. о., лио­фоб­ные Д. с. яв­ля­ют­ся тер­мо­ди­на­ми­че­ски не­ус­той­чи­вы­ми, для их про­дол­жи­тель­но­го су­ще­ст­во­ва­ния не­об­хо­ди­ма спец. ста­би­ли­за­ция. В ка­че­ст­ве ста­би­ли­за­то­ров при­ме­ня­ют ПАВ, ад­сор­би­рую­щие­ся на по­верх­но­сти час­тиц и сни­жаю­щие по­верх­но­ст­ное на­тя­же­ние на гра­ни­це раз­де­ла фаз. К лио­фоб­ным сис­те­мам от­но­сят­ся зо­ли ме­тал­лов, ок­си­дов, суль­фи­дов, вы­со­ко­дис­перс­ные эмуль­сии (кро­ме кри­ти­че­ских) и др. Чёт­ко­го де­ле­ния на лио­филь­ные и лио­фоб­ные сис­те­мы не су­ще­ст­ву­ет: мн. ре­аль­ные сис­те­мы за­ни­ма­ют в та­кой клас­си­фи­ка­ции про­ме­жу­точ­ное по­ло­же­ние.

Связь ме­ха­нич. свойств Д. с. и их рео­ло­гии с фи­зи­ко-хи­мич. яв­ле­ния­ми на гра­ни­цах раз­де­ла об­ра­зую­щих их фаз изу­ча­ет фи­зи­ко-хи­ми­че­ская ме­ха­ни­ка. Свой­ст­ва и за­ко­но­мер­но­сти по­ве­де­ния Д. с. в ди­на­мич. со­стоя­нии, т. е. в ус­ло­ви­ях про­ве­де­ния боль­шин­ст­ва хи­ми­ко-тех­но­ло­гич. ге­те­ро­ген­ных про­цес­сов, ис­сле­ду­ет фи­зи­ко-хи­мич. ди­на­ми­ка. Ди­на­мич. ус­ло­вия за­труд­ня­ют са­мо­про­из­воль­ное аг­ре­ги­ро­ва­ние Д. с., что вы­ра­жа­ет­ся в умень­ше­нии кри­тич. раз­ме­ра час­тиц.

Д. с. об­ра­зу­ют­ся в ре­зуль­та­те дис­пер­ги­ро­ва­ния и кон­ден­са­ции. Д. с. ши­ро­ко рас­про­стра­не­ны в при­ро­де (гор­ные по­ро­ды, грун­ты, поч­вы, ат­мо­сфер­ные аэро­зо­ли, рас­ти­тель­ные и жи­вот­ные тка­ни и пр.); ис­поль­зу­ют­ся во мн. тех­но­ло­гич. про­цес­сах. В ви­де Д. с. вы­пус­ка­ет­ся боль­шин­ст­во пром. про­дук­тов и пред­ме­тов бы­то­во­го по­треб­ле­ния.