Что такое дисперсия в химии
Дисперсия (химия)
Диспе́рсная систе́ма — это смесь, состоящая как минимум из двух веществ, которые совершенно или практически не смешиваются друг с другом и не реагируют друг с другом химически. Первое из веществ (дисперсная фаза) мелко распределено во втором (дисперсионная среда, диспергатор). Фазы можно отделить друг от друга физическим способом (центрифугировать, сепарировать и т.д.).
Обычно дисперсные системы — это коллоидные растворы, золи. К дисперсным системам относят также случай твердой дисперсной среды, в которой находится дисперсная фаза.
Классификация дисперсных систем
Наиболее общая классификация дисперсных систем основана на различии в агрегатном состоянии дисперсионной среди и дисперсной фазы. Сочетания трех видов агрегатного состояния позволяют выделить девять видов дисперсных систем. Для краткости записи их принято обозначать дробью, числитель которой указывает на дисперсную фазу, а знаменатель на дисперсионную среду, например для системы «газ в жидкости» принято обозначение Г/Ж.
| Обозначение | Дисперсионная среда | Дисперсная фаза | Название и пример |
|---|---|---|---|
| Ж/Ж | Жидкая | Жидкая | Эмульсии: нефть, крем, молоко |
| Т/Ж | Жидкая | Твёрдая | Суспензии и золи: пульпа, ил, взвесь, паста |
| Г/Ж | Жидкая | Газообразная | Газовые эмульсии и пены |
| Ж/Т | Твёрдая | Жидкая | Капиллярные системы: жидкость в пористых телах, грунт, почва |
| Т/Т | Твёрдая | Твёрдая | Твердые гетерогенные системы: сплавы, бетон, ситаллы, композиционные материалы |
| Г/Т | Твёрдая | Газообразная | Пористые тела |
| Ж/Г | Газообразная | Жидкая | Аэрозоли: туманы, облака |
| Т/Г | Газообразная | Твёрдая | Аэрозоли (пыли, дымы), порошки |
| Г/Г | Газообразная | Газообразная | Дисперсная система не образуется |
По кинетическим свойствам дисперсной фазы дисперсные системы можно разделить на два класса:
В свою очередь эти системы классифицируются по степени дисперсности.
По размерам частиц свободнодисперсные системы подразделяют на:
Ультрамикрогетерогенные системы также называют коллоидными или золями. В зависимости от природы дисперсионной среды, золи подразделяют на твердые золи, аэрозоли (золи с газообразной дисперсионной средой) и лиозоли (золи с жидкой дисперсионной средой). К микрогетерогенным системам относят суспензии, эмульсии, пены и порошки. Наиболее распространенными грубодисперсными системами являются системы твердое-газ, например, песок.
Связнодисперсные системы (пористые тела) по классификации М. М. Дубинина подразделяют на:
Примечание 1 : изменение определения в исх.
СОДЕРЖАНИЕ
Структура и свойства
Дисперсии не имеют никакой структуры; т.е. частицы (или в случае эмульсий: капли), диспергированные в жидкой или твердой матрице («дисперсионная среда»), считаются статистически распределенными. Поэтому для дисперсий обычно предполагается, что теория перколяции надлежащим образом описывает их свойства.
Описание дисперсии
Что касается молекулярной диффузии, дисперсия происходит в результате неодинаковой концентрации введенного материала в объеме среды. Когда диспергированный материал впервые вводится в объемную среду, область, в которую он вводится, имеет более высокую концентрацию этого материала, чем любая другая точка в объеме. Это неравномерное распределение приводит к градиенту концентрации, который приводит к диспергированию частиц в среде, так что концентрация постоянна во всем объеме. Что касается конвекции, изменение скорости между путями потока в объеме способствует распределению диспергированного материала в среде.
Хотя оба явления переноса способствуют диспергированию материала в объеме, механизм диспергирования в основном обусловлен конвекцией в случаях, когда в объеме имеется значительный турбулентный поток. Диффузия является доминирующим механизмом в процессе диспергирования в случаях небольшой турбулентности или ее отсутствия в объеме, когда молекулярная диффузия способна способствовать диспергированию в течение длительного периода времени. Эти явления отражаются в обычных событиях реального мира. Молекулы в капле пищевого красителя, добавленного в воду, в конечном итоге рассредоточатся по всей среде, где эффекты молекулярной диффузии более очевидны. Однако перемешивание смеси ложкой создаст турбулентные потоки в воде, которые ускорят процесс диспергирования за счет диспергирования с преобладанием конвекции.
Степень дисперсности
Типы дисперсий
Подвески представляет собой гетерогенную дисперсию крупных частиц в среде. В отличие от растворов и коллоидов, если их не трогать в течение длительного периода времени, взвешенные частицы выпадают из смеси.
Примеры дисперсий
Оксидно-дисперсионно-упрочненный сплав (ODS) является примером дисперсии оксидных частиц в металлической среде, которая улучшает устойчивость материала к высоким температурам. Поэтому эти сплавы имеют несколько применений в ядерной энергетике, где материалы должны выдерживать чрезвычайно высокие температуры для поддержания работы.
Деградация прибрежных водоносных горизонтов является прямым результатом проникновения морской воды в водоносный горизонт и ее рассеивания в результате чрезмерного использования водоносного горизонта. Когда водоносный горизонт истощается для использования человеком, он естественным образом пополняется за счет поступления грунтовых вод из других районов. В случае прибрежных водоносных горизонтов запас воды пополняется как от сухопутной границы с одной стороны, так и от морской границы с другой стороны. После чрезмерного сброса соленая вода с морской границы попадет в водоносный горизонт и рассредоточится в пресноводной среде, угрожая жизнеспособности водоносного горизонта для использования человеком. Было предложено несколько различных решений проблемы проникновения морской воды в прибрежные водоносные горизонты, включая инженерные методы искусственного пополнения запасов и создание физических барьеров на морской границе.
Химические диспергаторы используются при разливе нефти для смягчения последствий разлива и ускорения разложения частиц нефти. Диспергаторы эффективно изолируют лужи на нефти, находящейся на поверхности воды, на более мелкие капли, которые рассеиваются в воде, что снижает общую концентрацию нефти в воде, чтобы предотвратить любое дальнейшее загрязнение или воздействие на морскую биологию и прибрежную дикую природу.
Дисперсия (химия)
Диспе́рсная систе́ма (от лат. dispersio «рассеяние») — образования из двух или большего числа фаз (тел), которые практически не смешиваются и не реагируют друг с другом химически. В типичном случае двухфазной системы первое из веществ (дисперсная фаза) мелко распределено во втором (дисперсионная среда). Если фаз несколько, их можно отделить друг от друга физическим способом (центрифугировать, сепарировать и т.д.).
Обычно дисперсные системы — это коллоидные растворы (золи). К дисперсным системам относят также случай твёрдой дисперсной среды, в которой находится дисперсная фаза. Растворы высокомолекулярных соединений также обладают всеми свойствами дисперсных систем.
Содержание
Классификация дисперсных систем
Наиболее общая классификация дисперсных систем основана на различии в агрегатном состоянии дисперсионной среды и дисперсной фазы (фаз). Сочетания трёх видов агрегатного состояния позволяют выделить девять видов двухфазных дисперсных систем. Для краткости записи их принято обозначать дробью, числитель которой указывает на дисперсную фазу, а знаменатель — на дисперсионную среду; например, для системы «газ в жидкости» принято обозначение Г/Ж.
| Обозначение | Дисперсная фаза | Дисперсионная среда | Название и пример |
|---|---|---|---|
| Г/Г | Газообразная | Газообразная | Всегда гомогенная смесь (воздух, природный газ) |
| Ж/Г | Жидкая | Газообразная | Аэрозоли: туманы, облака |
| Т/Г | Твёрдая | Газообразная | Аэрозоли (пыли, дымы), порошкообразные вещества |
| Г/Ж | Газообразная | Жидкая | Газовые эмульсии и пены |
| Ж/Ж | Жидкая | Жидкая | Эмульсии: нефть, крем, молоко, кровь |
| Т/Ж | Твёрдая | Жидкая | Суспензии и золи: пульпа, ил, взвесь, паста |
| Г/Т | Газообразная | Твёрдая | Пористые тела: пенополимеры, пемза |
| Ж/Т | Жидкая | Твёрдая | Капиллярные системы (заполненные жидкостью пористые тела): грунт, почва |
| Т/Т | Твёрдая | Твёрдая | Твёрдые гетерогенные системы: сплавы, бетон, ситаллы, композиционные материалы |
По кинетическим свойствам дисперсной фазы двухфазные дисперсные системы можно разделить на два класса:
В свою очередь, эти системы классифицируются по степени дисперсности.
Системы с одинаковыми по размерам частицами дисперсной фазы называются монодисперсными, а с неодинаковыми по размеру частицами — полидисперсными. Как правило, окружающие нас реальные системы полидисперсны.
Другим примером сложной дисперсной системы может служить молоко, основными составными частями которого (не считая воды) являются жир, казеин и молочный сахар. Жир находится в виде эмульсии и при стоянии молока постепенно поднимается кверху (сливки). Казеин содержится в виде коллоидного раствора и самопроизвольно не выделяется, но легко может быть осаждён (в виде творога) при подкислении молока, например, уксусом. В естественных условиях выделение казеина происходит при скисании молока. Наконец, молочный сахар находится в виде молекулярного раствора и выделяется лишь при испарении воды.
Свободнодисперсные системы
Свободнодисперсные системы по размерам частиц подразделяют на:
| Название | Размер частиц, м | Основные признаки гетерогенных систем |
|---|---|---|
| Ультрамикрогетерогенные | 10 −9 …10 −7 | — гетерогенные; — частицы проходят через бумажный фильтр и не проходят через ультрафильтр — частицы не видны в оптический микроскоп, а видны в электронный микроскоп и обнаруживаются в ультрамикроскоп — относительно устойчивы кинетически — прозрачные, рассеивают свет (дают конус Фарадея — Тиндаля) |
| Микрогетерогенные | 10 −7 …10 −5 | |
| Грубодисперсные | более 10 −5 |
Ультрамикрогетерогенные системы также называют коллоидными или золями. В зависимости от природы дисперсионной среды, золи подразделяют на твёрдые золи, аэрозоли (золи с газообразной дисперсионной средой) и лиозоли (золи с жидкой дисперсионной средой). К микрогетерогенным системам относят суспензии, эмульсии, пены и порошки. Наиболее распространёнными грубодисперсными системами являются системы «твёрдое тело — газ» (например, песок).
Коллоидные системы играют огромную роль в биологии и человеческой жизни. В биологических жидкостях организма ряд веществ находится в коллоидном состоянии. Биологические объекты (мышечные и нервные клетки, кровь и другие биологические жидкости) можно рассматривать как коллоидные растворы. Дисперсионной средой крови является плазма — водный раствор неорганических солей и белков.
Связнодисперсные системы
Пористые материалы
Пористые материалы по размерам пор подразделяют, согласно классификации М. М. Дубинина, на:
| Название | Размер частиц, мкм |
|---|---|
| Микропористые | менее 2 |
| Мезопористые | 2-200 |
| Макропористые | более 200 |
По рекомендации ИЮПАК, микропористыми называют пористые материалы с размерами пор до 2 нм, мезопористыми — от 2 до 50 нм, макропористыми — свыше 50 нм.
Твёрдые гетерогенные системы
Характерным примером твёрдых гетерогенных систем являются получившие в последнее время широкое распространение композиционные материалы (композиты) — искусственно созданные сплошные, но неоднородные, материалы, которые состоят из двух или более компонентов с чёткими границами раздела между ними. В большинстве таких материалов (за исключением слоистых) компоненты можно разделить на матрицу и включённые в неё армирующие элементы; при этом армирующие элементы обычно отвечают за механические характеристики материала, а матрица обеспечивает совместную работу армирующих элементов. К числу старейших композиционных материалов относятся саман, железобетон, булат, папье-маше. Ныне широко распространены фиброармированные пластики, стеклопластик, металлокерамика, нашедшие применение в самых различных областях техники.
Движение дисперсных систем
Значение слова «дисперсия»
Источник (печатная версия): Словарь русского языка: В 4-х т. / РАН, Ин-т лингвистич. исследований; Под ред. А. П. Евгеньевой. — 4-е изд., стер. — М.: Рус. яз.; Полиграфресурсы, 1999; (электронная версия): Фундаментальная электронная библиотека
Дисперсия волн — в физике зависимость фазовой скорости волны от её частоты, различают:
Закон дисперсии — в физике закон, выражающий зависимость фазовой скорости волны от её частоты.
Дисперсия случайной величины — одна из усреднённых характеристик случайной величины.
Дисперсия (химия) — образования из двух или более фаз (тел), которые совершенно или практически не смешиваются и не реагируют друг с другом химически
Дисперсия (биология) — термин, обозначающий разнообразие признаков в популяции.
Дисперсия второй вязкости
ДИСПЕ’РСИЯ, и, мн. нет, ж. [латин. dispersio]. 1. Расхождение световых лучей разного цвета при прохождении сквозь преломляющую среду (опт.). 2. Состояние большего или меньшего раздробления вещества (ест.).
Источник: «Толковый словарь русского языка» под редакцией Д. Н. Ушакова (1935-1940); (электронная версия): Фундаментальная электронная библиотека
диспе́рсия
1. матем. стат. разброс чего-либо и численная характеристика такого разброса ◆ Этот старый дурак не сообразил, что существует дисперсия свойств… Стругацкие, «Понедельник начинается в субботу», 1964 г. (цитата из НКРЯ) ◆ В теории вероятностей — дисперсия случайной величины есть математическое ожидание квадрата отклонения случайной величины от её математического ожидания Владимир Горбачёв, «Концепции современного естествознания», 2003 г. (цитата из НКРЯ)
2. физ. зависимость фазовой скорости волны от частоты ◆ Ещё более крупный шаг в этом направлении был сделан Н. П. Кастериным (1898, 1901, 1904), которому удалось проследить аналогию в явлениях дисперсии акустических и световых волн. П. Н. Лебедев, «Успехи акустики за последние десять лет», 1905 г. (цитата из НКРЯ)
3. физ. характеристика спектрометра, спектроскопа, дифракционной решётки ◆ Только для этого понадобится спектроскоп с очень большой дисперсией, то есть такой спектроскоп, в котором спектр растягивается на очень большую длину. М. П. Бронштейн, «Солнечное вещество», 1936 г. (цитата из НКРЯ)
6. в материаловедении — степень дисперсности, доля атомов в гетерогенной системе, находящихся на границе раздела фаз ◆ Эмульсия с высокой дисперсией.
ru.knowledgr.com
Дисперсия представляет собой систему, в которой распределенные частицы одного материала диспергированы в непрерывной фазе другого материала.
Дисперсии классифицируются рядом различных способов, включая то, насколько велики частицы по отношению к частицам непрерывной фазы, происходит или нет преитация, и наличие броуновского двигания. в общем, дисперсии частиц, достаточно больших для седиментации, называются суспензиями, в то время как дисперсии частиц меньшего размера называются колладами и растворами.
Структура и свойства
Дисперсии не демонстрируют никакой структуры, то есть частицы (или в случае эмульсий: капли), диспергированные в жидкой или твердой матрице («дисперсионная среда");, должны быть статистически распределены. Поэтому для дисперсий обычно теория перколяции предполагает надлежащее описание их свойств.
Однако теория перколяции может быть применена только в том случае, если система, в которой она должна быть описана, находится в термодинамическом равновесии или близка к нему. Существует лишь очень мало исследований о структуре дисперсий (эмульсий), хотя они изобилуют типом и используются во всем мире в бесчисленных приложениях (см. ниже).
Далее будут обсуждаться только такие дисперсии с диспергированным фазовым диаметром менее 1 мкм. Чтобы понять образование и свойства таких дисперсий (включая эмульсии), необходимо учитывать, что дисперсная фаза демонстрирует «поверхность», которая покрыта («wet"); другой «поверхностью», которая, таким образом, образует границу раздела (химия). Оба пространства должны быть созданы (что требует огромного количества энергии), и межфициальное напряжение (разность поверхностного напряжения) не компенсирует поступление энергии, если вообще.
Эмпирические данные свидетельствуют о том, что дисперсии имеют структуру, очень сильно отличающуюся от любого вида статистического распределения (которое было бы характеристикой для системы в термодинамическом равновесии), но в отличие от структур отображения, сходных с самоорганизацией, которая может быть описана неравновесной термодинамикой. Это является причиной того, что некоторые дисперсии жидкости превращаются в гелеобразные или даже твердые при концентрации диспергированной фазы, превышающей критическую концентрацию (которая зависит от размера частиц и межфасального напряжения). Кроме того, был объяснен соответствующий внешний вид проводимости в системе диспергированной проводящей фазы в изолирующей матрице.
Процесс рассеивания
Дисперсия представляет собой процесс, при котором (в случае распыления твердого вещества в жидкости) аггломерационные частицы отделяются друг от друга, и образуется новая граница раздела между внутренней поверхностью дисперсионной среды и поверхностью диспергированных частиц. Этому процессу способствуют молекулярная диффузия и конвекция.
Что касается молекулярной диффузии, дисперсия происходит в результате неравномерной концентрации вводимого материала во всей объемной среде. Когда диспергированный материал впервые вводится в наполнитель, область, в которую он вводится, имеет более высокую концентрацию этого материала, чем любая другая точка в наполнителе. Это неравномерное распределение приводит к образованию градиента концентрации, который поглощает дисперсию частиц в среде, так что концентрация постоянна по всей массе. Что касается конвекции, изменения в скорости между путями потока в массе облегчают распределение диспергированного материала в среде.
Степень рассеяния
В то время как эти два термина часто используются взаимозаменяемо, в соответствии с определениями ISO нанотехнологии, аггломерат является обратимым набором частиц слабо боунда, например, по силам ван-дера Ваальса или физической запутанности, в то время как аггорегат состоит из необратимой валерсионной формы, каждый из которых, например, может быть использован в виде сплошных частиц, может иметь полную форму, а именно: При суспензий твердых частиц в жидких средах дзета-потенциал чаще всего используется для квантования степени рассеяния, причем суспензии, обладающие высоким абсолютным значением дзета-потенциала, считаются хорошо диспергированными.
Типы рассеиваний
Раствор описывает гомогенную смесь, в которой диспергированные частицы не оседают, если раствор оставляют недифференцированным в течение длительного периода времени.
Коллоид представляет собой гетерогенную смесь, в которой диспергированные частицы имеют, по меньшей мере, в одном направлении размер ro между 1 нм и 1 мкм или что в системе обнаруживаются дисконтности на расстояниях такого порядка.
Суспензия представляет собой гетерогенную дисперсию более крупных частиц в среде. В отличие от растворов и коллайдов, если они остаются недифференцированными в течение длительного периода времени, суспендированные частицы будут оседать из смеси.
Хотя суспензии относительно просты для отличия от растворов и коллоидов, может быть трудно отличить растворы от коллоидов, поскольку частицы, диспергированные в среде, могут быть слишком малы для различения человеческим глазом. Вместо этого эффект Тиндалла используется для различения решений и коллабоидов. Из-за различных сообщенных определений растворов, коллоидов и суспензий, представленных в литературе, трудно маркировать каждую классификацию определенным диапазоном размеров частиц. Международный союз чистой и прикладной химии пытается предоставить стандартную номенклатуру для коллайдов в виде частиц в диапазоне размеров, имеющих размер ro в диапазоне от 1 нм до 1 мкм.
В дополнение к классификации по размеру частиц дисперсии также могут быть помечены комбинацией диспергированной фазы и средней фазы, в которой суспендированы частицы. Аэросолы представляют собой частицы, диспергированные в газе, золи представляют собой частицы в, эмульсии представляют собой частицы, диспергированные в d (более конкретно, дисперсию двух несвязанных частиц), а гели представляют собой частицы, диспергированные в d.
Примеры дисперсий
Молоко является обычно цитируемым примером эмульсии, специфического типа рассеивания одной жидкости в другую жидкость, где до двух d являются несимметричными. Жировые молекулы, суспендированные в молоке, обеспечивают способ доставки важных жир-растворимых витаминов и риентов от матери новорожденному. Механическая, термическая или ферментативная обработка молока манипулирует единицей этих жировых глобул и приводит к широкому разнообразию молочных продуктов.
Упрочненный дисперсией оксидов сплав (ODS) является примером диспергирования оксидных частиц в металлическую среду, что улучшает высокотемпературный допуск материала. Поэтому эти сплавы имеют несколько применений в атомной энергетике, где материалы должны выдерживать чрезвычайно высокие температуры для поддержания работы.
Деградация береговой воды является прямым результатом проникновения морской воды в и рассеивания в a fer после чрезмерного использования a fer. Когда аофер удаляется для использования человеком, он естественным образом пополняется грунтовыми водами, перемещающимися из других районов. В случае береговых районов водоснабжение пополняется как с сухопутной границы с одной стороны, так и с морской границы с другой стороны. После чрезмерного отведения соленая вода из морской границы попадет в a fer и рассеется в среде freshwater, угрожая жизнеспособности a fer для использования человеком. Было предложено несколько различных решений для интрузии морской воды на побережье, включая инженерные методы искусственного перезарядки и реализации физических барьеров на границе моря.
Химические диспергаторы используются в разливах нефти, чтобы смягчить последствия разлива и способствовать разрушению нефтяных частиц. Диспергаторы эффективно изолируют бассейны на нефти, сидящей на поверхности воды, в более мелкие капли, которые рассеиваются в воде, что снижает общую концентрацию нефти в воде, чтобы предотвратить любое дальнейшее заражение или воздействие на морскую биологию и прибрежный wildlife.