Физическая и коллоидная химия

Структура и классификация дисперсных систем
Дисперсные системы (д.с.) - это гетерогенные системы, в которых одна из фаз представлена мелкими частицами (дисперсная фаза), равномерно распределенными в объеме другой однородной фазы (дисперсионной среды).
Признаки д.с.: высокая раздробленность (дисперсность) и гетерогенность.
Дисперсная фаза – это мелкораздробленные частицы нерастворимого тонкоизмельчённого вещества, распределённые по всему объёму дисперсионной среды.
Дисперсионная среда – однородная непрерывная фаза, в которой распределены частицы дисперсной фазы.
2

Структура и классификация дисперсных систем
В основе существующих классификаций лежат различные свойства д.с.:
размер частиц дисперсной фазы,
агрегатное состояние дисперсной фазы и дисперсионной среды,
характер взаимодействия дисперсной фазы со средой,
структурно-механические свойства.

Структура и классификация дисперсных систем
Основной характеристикой д.с. и мерой раздробленности вещества является дисперсность:
D = 1/a, где а – размер частицы (диаметр или длина ребра), м-1.
Другой характеристикой степени раздробленности служит удельная поверхность
Sуд = S/V (м-1) или Sуд = S/m (м2/кг).
Sуд = К·D, где К – коэффициент пропорциональности.
Физ. см. удельной поверхности: это суммарная поверхность всех частиц, общий объём которых составляет 1 м3 или общая масса которых равна 1 кг.

Классификация д.с. по степени дисперсности (размеру частиц дисперсной фазы)

Классификация д.с. по агрегатному состоянию фаз

Классификация д.с. по характеру взаимодействия фаз

Классификация д.с. по структурно-механическим свойства

Термодинамика поверхностных явлений. Поверхностная энергия Гиббса и поверхностное натяжение
Возникает на поверхности раздела фаз
Силы, действующие на молекулы, находящиеся в объеме фазы, компенсированы со вех сторон и их равнодействующая равна нулю
Силы, действующие на молекулы поверхностного слоя (ж - пар) неодинаковы со стороны раствора и газовой фазы. Молекулярные взаимодействия сверху меньше, равнодействующая сил не равна нулю и направлена перпендикулярно в сторону жидкости.

Поверхностная энергия Гиббса и поверхностное натяжение
Для выхода молекул на поверхность требуется преодолеть избыточную энергию Гиббса.
Слой частиц с избыточной энергией Гиббса называется поверхностным слоем.
Резко отличается по свойствам от свойств фаз, которые он разделяет
Под внутренним давлением жидкости понимают силу притяжения между молекулами жидкости в её объёме
Бесконечно малое изменение поверхностной энергии Гиббса при р и Т = cost равно:
dG = σdS,
где dS – бесконечно малое изменение поверхности; σ – коэффициент поверхностного натяжения.

Поверхностная энергия Гиббса и поверхностное натяжение
Поверхностное натяжение – частная производная от энергии Гиббса по величине межфазной поверхности при р и Т = cost и постоянных числах молей компонентов.
Ф. см σ может иметь энергетическое и силовое выражение.
По энергетическому выражению: поверхностное натяжение σ - есть поверхностная энергия Гиббса единицы поверхности (т.е. удельная поверхностная энергия Гиббса). В этом случае σ равна работе, затраченной на образование единицы поверхности. Ед. изм. Дж/м2.

Поверхностная энергия Гиббса и поверхностное натяжение
Силовое выражение σ: это сила, действующая на поверхности по касательной к ней и стремящаяся сократить свободную поверхность тела до минимума при данном объёме. Ед. изм. Н/м.
При площади поверхности раздела S и поверхностном натяжении σ поверхностная энергия Гиббса: GS = σ·S.
Свободная поверхностная энергия – термодинамическая функция, характеризующая энергию межмолекулярного взаимодействия частиц на поверхности раздела фаз с частицами каждой из контактирующих фаз.
GS и σ зависят:
Температуры;
Природы контактирующих фаз;
Природы и 4. концентрации растворённых веществ.

Поверхностная энергия Гиббса и поверхностное натяжение
С ↑Т значение σ индивидуальных жидкостей на границе с воздухом линейно ↓. Однако σ является частью полной энергии US поверхности жидкости (свободной энергии). Вторая составляющая qS – теплота образования единицы поверхности (связанная энергия) – с повышением температуры растёт. Полная поверхностная энергия единицы площади US = σ + qS не зависит от Т.
Полярность индивидуальной жидкости → определяется σ. Для жидкостей с неорганической природой и органических жидкостей с симметричной структурой молекул чем больше σ, тем больше полярность среды.

Поверхностная энергия Гиббса и поверхностное натяжение
Поверхностное натяжение на границе раздела двух жидкостей – σж-ж подчиняется закону аддитивности (правило Антонова):
поверхностное натяжение на границе раздела между двумя находящимися в равновесии жидкостями равно разности поверхностного натяжения этих жидкостей, насыщенных одна другой на границе с их собственным паром (или воздухом):
σж-ж = σг1ж – σг2ж,
σг1ж – поверхностное натяжение на границе с газом жидкости 1, насыщенной жидкостью 2; σг2ж – поверхностное натяжение на границе с газом жидкости 2, насыщенной жидкостью 1.

Поверхностная энергия Гиббса и поверхностное натяжение
Для систем ж-г, ж-ж σ определяется правилом П.А. Ребиндера:
чем больше разность полярностей фаз, тем больше поверхностное натяжение на границе раздела.
В системах ж-г повышение давления газа или пара сближает термодинамические свойства ж и г фаз и приводит к снижению σ.