Диспе́рсная систе́ма (от лат. dispersio «рассеяние») — образования из 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.
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 |
---|---|---|---|
Всегда гомогенная смесь (воздух, природный газ) | |||
Аэрозоли: туманы, облака | |||
Аэрозоли (пыли, дымы), порошкообразные вещества | |||
Газовые эмульсии и пены | |||
Эмульсии: нефть, крем, молоко, кровь | |||
Суспензии и золи: (пульпа), ил, (взвесь), (паста) | |||
Пористые тела: (пенополимеры), (пемза) | |||
Капиллярные системы (заполненные жидкостью пористые тела): грунт, почва | |||
Твёрдые гетерогенные системы: сплавы, бетон, (ситаллы), композиционные материалы |
По кинетическим свойствам дисперсной фазы двухфазные дисперсные системы можно разделить на два класса:
- Свободнодисперсные системы, у которых дисперсная фаза подвижна;
- Связнодисперсные системы, у которых дисперсионная среда твёрдая, а частицы их дисперсной фазы связаны между собой и не могут свободно перемещаться.
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.
Встречаются и дисперсные системы с бо́льшим числом фаз — сложные дисперсные системы. Например, при вскипании жидкой дисперсионной среды с твёрдой дисперсной фазой получается трёхфазная система «пар — капли — твёрдые частицы».
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.
По своей структуре пористые материалы подразделяют на (корпускулярные) и губчатые. Корпускулярные тела образуются срастанием отдельных структурных элементов (обычно разной формы и размера) — как не пористых, так и обладающих первичной пористостью (пористая керамика, бумага, ткань и др.); порами здесь служат промежутки между структурами элементов. Губчатые тела являются промежутками между этими частицами и их ансамблями. Губчатые тела могут сформироваться в результате (топохимических реакций), (выщелачивания) некоторых компонентов твёрдых гетерогенных систем, (пиролитического) разложения твёрдых веществ, поверхностной и объёмной эрозии; в них поры обычно представляют собой сеть каналов и полостей различной формы и переменного сечения.
По геометрическим признакам пористые структуры подразделяются на регулярные (у которых в объёме тела наблюдается правильное чередование отдельных пор или полостей и соединяющих их каналов) и (стохастические) (в которых ориентация, форма, размеры, взаимное расположение и взаимосвязи пор носят случайный характер). Для большинства пористых материалов характерна стохастическая структура. Имеет значение и характер пор: открытые поры сообщаются с поверхностью тела так, что через них возможна (фильтрация) жидкости или газа; тупиковые поры также сообщаются с поверхностью тела, но их наличие на проницаемости материала не сказывается; закрытые поры.
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
Изучением движения дисперсных систем занимается механика многофазных сред. В частности, задачи оптимизации различных теплоэнергетических устройств ((паротурбинных установок), теплообменников и др.), а также разработки технологий нанесения различных покрытий делают актуальной проблему математического моделирования пристеночных течений смеси «газ — жидкие капли». В свою очередь, значительное разнообразие структуры пристеночных течений многофазных сред, необходимость учёта различных факторов (инерционность капель, образование жидкой плёнки, фазовые переходы и др.) требуют построения специальных математических моделей многофазных сред, активно разрабатываемых в настоящее время.
Возможности аналитического исследования нестационарных газодинамических течений многофазных дисперсных сред, в которых несущая газообразная фаза включает мелкие твёрдые или жидкие включения («частицы»), сильно ограничены, и на первый план выходят методы (вычислительной механики). Значительную актуальность при этом приобретает изучение таких течений при наличии интенсивных фазовых переходов — например, при анализе аварийных ситуаций в (системах охлаждения) атомных электростанций, исследовании вулканических извержений и в ряде технологических приложений, включая оптимизацию устройств, которые позволяют создавать высокоскоростные многофазные струи.
См. также
- (Коагуляция)
- Термодинамическая фаза
Примечания
- (Осипцов А. Н.), Панкратьева И. Л., Полянский В. А., Сахаров В. И. Стационарное течение смеси жидкость — частицы в канале при наличии вскипания несущей фазы // Теплофизика высоких температур. — 1992. — Т. 30, вып. 3. — С. 583—591.
- Фандеев В. П., Самохина К. С. Методы исследования пористых структур // Науковедение. — 2015. — Т. 7, № 4 (29). — С. 101—122. — doi:10.15862/34TVN415. 17 августа 2016 года.
- (Осипцов А. Н.), Коротков Д. В. Пограничный слой в парокапельной среде на лобовой поверхности горячего затупленного тела // Теплофизика высоких температур. — 1998. — Т. 36, вып. 2. — С. 291—297.
- Губайдуллин А. А., Ивандаев А. И., (Нигматулин Р. И.) Модифицированный метод «крупных частиц» для расчёта нестационарных волновых процессов в многофазных дисперсных средах // (Журнал вычислительной математики и математической физики). — 1977. — Т. 17, № 2. — С. 1531—1544.
Литература
- (Дейч М. Е.), (Филиппов Г. А.) Газодинамика двухфазных сред. — М.: (Энергоиздат), 1981. — 472 с.
- Морозова Э. Я. Коллоидная химия. Конспект лекций. 3-е изд / Министерство здравоохранения Республики Беларус. — Витебск: (ВГМУ), 2012. — 86 с. — .
- (Нигматулин Р. И.) Основы механики гетерогенных сред. — М.: Наука, 1978. — 336 с.
Википедия, чтение, книга, библиотека, поиск, нажмите, истории, книги, статьи, wikipedia, учить, информация, история, скачать, скачать бесплатно, mp3, видео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, картинка, музыка, песня, фильм, игра, игры, мобильный, телефон, Android, iOS, apple, мобильный телефон, Samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Сеть, компьютер