Гетерогенные дисперсные системы

Отличие ГДС от истиных растворов
Гетерогенные дисперсные системы (ГДС) состоят из частиц дисперсной фазы, равномерно распределенных в дисперсионной среде (см. предыдущую лекцию). ГДС принципиально отличаются от истинных растворов следующим:
1. В истинных растворах частицы растворенного вещества находятся на ионно-молекулярном уровне, т.е. существуют в растворах в виде отдельных молекул или ионов, размеры которых <1 нм.
Между ними и окружающей средой поверхности раздела не существует, отдельные молекулы и ионы находятся в растворенном состоянии.
2. В ГДС частицы дисперсной фазы состоят из большого числа молекул, поэтому они гораздо более крупные (>100 нм). Эти частицы не растворены в дисперсионной среде, а как бы "подвешены" в ней. Поэтому в ГДС между частицами дисперсной фазы и дисперсионной средой всегда имеется поверхность раздела.

.
3. ГДС имеют очень большую площадь межфазной поверхности S и поэтому обладают большим избытком поверхностной энергии.
В отсутствие ПАВ они избавляются от ∆Gпов за счет уменьшения площади S.
При этом они превращаются в системы со сплошными фазами путем коалесценции, агрегации, коагуляции, седиментации или флотации. (см. предыдущую лекцию). Это объединение мелких частиц соответственно жидкой или твердой фазы в более крупные.
Коагуляция – это необратимая агрегация. Таким образом, коалесценция приводит к образованию сплошной жидкой фазы, а агрегация и коагуляция – к образованию сплошной твердой фазы, т.е. осадка.
Седиментация – это осаждение твердых частиц дисперсной фазы.
Флотация – это всплывание твердых частиц на поверхность дисперсионной среды.
Седиментация и флотация широко используются в промышленности, в т.ч. для отделения нефти от механических примесей.

Обратный перевод систем со сплошными фазами в ГДС осуществляют путем диспергирования и пептизации.
Диспергирование, т.е. раздробление, осуществляют механическим измельчением или электрическим распылением.
Пептизация – это растворение осадка дисперсной фазы под действием специальных веществ – пептизаторов. Это процесс, обратный коагуляции.

Классификация ГДС
Гетерогенных дисперсные системы(ГДС) классифицируют по следующим признакам:
1. По степени дисперсности ГДС делятся на:
а) грубодисперсные системы, или взвеси, в которых частицы дисперсной фазы имеют размеры > 100 нм;
б) тонкодисперсные, или коллоидные системы, в которых частицы имеют размер от 1 до 100 нм.
Коллоидные системы по размерам частиц и физико-химическим свойствам занимают промежуточное место между истинными растворами и грубодисперсными системами. Термин "коллоид" в переводе с латинского означает "клей".
Наиболее распространены коллоидные растворы. Они состоят из высокодисперсной твердой фазы и жидкой дисперсионной среды и играют важную роль в различных биологических и технологических процессах, в т.ч. в процессах бурения, разработки и эксплуатации нефтяных скважин.

Коллоидные растворы
Коллоидные растворы образуются:
а) из тонкоизмельченных соединений Si, Al, Ca, Na, Fe, полимеров и нефтепродуктов, входящих в состав буровых растворов;
б) при контакте пластовых вод с минеральными веществами горных пород;
в) в самой нефти из высокомолекулярных смолистых веществ.
Связнодисперсные коллоидные растворы называют гелями. Гель – это твердообразное, сильно структурированное и сохраняющее форму вещество. Он образуется в результате понижения устойчивости свободнодисперсного коллоидного раствора.
Примеры гелей – застывшие водные растворы желатина и другие студнеобразные вещества.
г) Растворы высокомолекулярных соединений (полимеров), которые близки по свойствам к истинным растворам. Размер частиц в них около 1 нм.