Войти
A дисперсия - это система, в которой распределенные частицы одного материала диспергированы в непрерывной фазе другого материала. Две фазы могут находиться в одном и том же или в разных состояниях вещества.
Дисперсии классифицируются по-разному, в том числе по величине частиц по сравнению с частицами непрерывной фазы, независимо от того, происходит осаждение и наличие броуновского движения. Обычно дисперсии частиц, достаточно большие для седиментации, называют суспензиями, а дисперсии более мелких частиц - коллоидами и растворами.
Дисперсии не отображают никакой структуры; т.е. частицы (или, в случае эмульсий: капли), диспергированные в жидкой или твердой матрице («дисперсионная среда»), считаются статистически распределенными. Следовательно, для дисперсий обычно предполагается, что теория перколяции надлежащим образом описывает их свойства.
Однако теория перколяции может применяться только в том случае, если система, которую она должна описывать, находится в термодинамическом равновесии или близка к нему. Исследований структуры дисперсий (эмульсий) очень мало, хотя они многочисленны по типу и используются во всем мире в бесчисленных приложениях (см. Ниже).
Далее будут обсуждаться только такие дисперсии с диаметром дисперсной фазы менее 1 мкм. Чтобы понять образование и свойства таких дисперсий (включая эмульсии), необходимо учитывать, что дисперсная фаза имеет «поверхность», которая покрыта («мокрая») другой «поверхностью», которая, следовательно, образует интерфейс (химия). Обе поверхности должны быть созданы (что требует огромного количества энергии), а межфазное натяжение (разница поверхностного натяжения) не компенсирует подвод энергии, если вообще.
Экспериментальные данные свидетельствуют о том, что дисперсии имеют структуру, сильно отличающуюся от любого вида статистического распределения (которое было бы характеристикой системы в термодинамическом равновесии ), но в отличие от отображающих структур, подобных самоорганизация, которая может быть описана неравновесной термодинамикой. Это причина того, что некоторые жидкие дисперсии превращаются в гели или даже в твердые тела при концентрации дисперсной фазы выше критической (которая зависит от размера частиц и межфазного натяжения). Также было объяснено внезапное появление проводимости в системе дисперсной проводящей фазы в изолирующей матрице.
Диспергирование - это процесс, с помощью которого (в случае диспергирования твердого вещества в жидкости) агломерированные частицы отделяются друг от друга и образуется новая граница раздела между внутренней поверхностью образуется жидкая дисперсионная среда и поверхность диспергированных частиц. Этому процессу способствует молекулярная диффузия и конвекция.
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, вариации скорости между путями потока в объеме способствуют 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 незначительной 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, добавляемого 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.
Термин дисперсия также относится к физическому свойству степени, в которой частицы слипаются в агломераты или агрегаты. Хотя эти два термина часто используются взаимозаменяемо, согласно определениям нанотехнологий ISO, агломерат представляет собой обратимый набор частиц, слабо связанных, например, силами Ван-дер-Ваальса или физическим сцеплением, тогда как агрегат состоит из необратимо связанных или сплавленных частиц, например, посредством ковалентных связей. Полная количественная оценка дисперсии будет включать размер, форму и количество частиц в каждом агломерате или агрегате, силу сил между частицами, их общую структуру и их распределение в системе. Однако сложность обычно снижается путем сравнения измеренного распределения размеров «первичных» частиц с таковым для агломератов или агрегатов. При обсуждении суспензий твердых частиц в жидкой среде, дзета-потенциал чаще всего используется для количественной оценки степени диспергирования, причем суспензии обладают высоким абсолютным значением дзета-потенциал считается рассредоточенным.
A раствор описывает гомогенную смесь одного материала, диспергированного в другом. Диспергированные частицы не осядут, если раствор оставить в покое в течение длительного периода времени.
A коллоид представляет собой гетерогенную смесь одной фазы в другой, где обычно находятся диспергированные частицы. Подобно растворам, диспергированные частицы не оседают, если раствор оставлять в покое в течение длительного периода времени.
A суспензия представляет собой гетерогенную дисперсию более крупных частиц в среде. В отличие от растворов и коллоидов, если их не трогать в течение длительного периода времени, взвешенные частицы выпадают из смеси.
Хотя суспензии относительно просто отличить от растворов и коллоидов, отличить растворы от коллоидов может быть трудно, поскольку частицы, диспергированные в среде, могут быть слишком маленькими, чтобы их можно было различить человеческим глазом. Вместо этого для различения растворов и коллоидов используется эффект Тиндаля. Из-за различных определений растворов, коллоидов и суспензий, представленных в литературе, трудно обозначить каждую классификацию конкретным диапазоном размеров частиц.
Помимо классификации по размеру частиц, дисперсии также могут быть маркированы комбинацией дисперсной фазы и средней фазы, в которой взвешены частицы. Аэрозоли представляют собой жидкости, диспергированные в газ, золи - это твердые вещества в жидкостях, эмульсии - жидкости, диспергированные в жидкостях (более конкретно, дисперсия двух несмешивающихся жидкостей), и гели - жидкости, диспергированные в твердых частицах.
| Компоненты фаз | Гомогенная смесь | Гетерогенная смесь | ||
|---|---|---|---|---|
| Дисперсный. материал | Непрерывная. среда | Раствор:. Эффект рэлеевского рассеяния на видимом свете | Коллоид (более мелкие частицы):. Эффект Тиндаля на видимом свете у поверхности | Суспензия ( более крупные частицы):. не оказывает значительного воздействия на видимый свет |
| Газ | Газ | Газовая смесь: воздух (кислород и другие газы в азот ) | ||
| Жидкость | Аэрозоль : туман, туман, пар, лаки для волос, влажный воздух | Аэрозоль: дождь (также производит радугу за счет преломления на каплях воды) | ||
| Твердый | Твердый аэрозоль: дым, облако, воздух твердые частицы | Твердый аэрозоль: пыль, песчаная буря, ледяной туман, пирокластический поток | ||
| Газ | Жидкость | Кислород в воде | Пена : взбитые сливки, крем для бритья | Пузырьковая пена, кипяток, газированные напитки и искра ling beverages |
| Жидкие | Алкогольные напитки (коктейли ), сиропы | Эмульсия : миниэмульсия, микроэмульсия, молоко, майонез, крем для рук, гидратированное мыло | нестабильная эмульсия мыльного пузыря (при температуре окружающей среды температура, с радужным эффектом на свету, вызванным испарением воды; суспензия жидкостей все еще поддерживается поверхностным натяжением с газом внутри и снаружи пузырька, а эффекты поверхностно-активных веществ уменьшаются с испарением; наконец пузырек лопнет, когда эмульсия больше не будет, и эффект сдвига мицелл перевесит поверхностное натяжение, потерянное в результате испарения из них воды) | |
| Твердый | сахар в воде | Sol : пигментированные чернила, кровь | грязь (почва, глина или ил взвешенные в воде частицы, лахар, зыбучие пески ), влажная штукатурка / цемент / бетон, мел порошок, взвешенный в воде, поток лавы (смесь расплавленной и твердой породы), плавление мороженого | |
| газ | твердое вещество | Водород в металлах | Твердая пена: аэрогель, пенополистирол, пемза | |
| Жидкость | Амальгама ( ртуть в золоте ), гексан в парафиновом воске | гель : агар, желатин, силикагель, опал ; замороженное мороженое | ||
| Твердое | Сплавы, пластификаторы в пластмассе | Твердый золь: клюквенное стекло | природные породы, высушенный гипс / цемент / бетон, замороженный мыльный пузырь | |
Молоко представляет собой часто цитируемый пример эмульсии, особого типа дисперсии одной жидкости в другую жидкость, где две жидкости не смешиваются. Молекулы жира, взвешенные в молоке, обеспечивают доставку важных жирорастворимых витаминов и питательных веществ от матери к новорожденному. Механическая, термическая или ферментативная обработка молока влияет на целостность этих жировых шариков и приводит к появлению большого разнообразия молочных продуктов.
Сплав, упрочненный дисперсией оксидов (ODS), является примером дисперсии частиц оксида в металлическая среда, улучшающая 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 и рассеяние в водоносный горизонт 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 от морской границы попадет в водоносный горизонт и рассеется в пресноводной среде, что поставит под угрозу жизнеспособность водоносного горизонта для использования человеком. Было предложено несколько различных решений для предотвращения проникновения морской воды в прибрежные водоносные горизонты, включая инженерные методы искусственного пополнения запасов и создание физических барьеров на морской границе.
Химические диспергенты используются при разливах нефти для смягчения последствий последствия разлива и способствуют разложению частиц масла. 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.
