Дисперсные системы с твердой дисперсионной средой. Применение.

Наиболее распространенными в природе и технике являются системы с твердой дисперсионной средой. В них газовые, жидкостные или твердые включения распределены в объеме твердой фазы и составляют дисперсную фазу. В результате образуются дисперсные системы типа: газ в твердом (Г/Т), жидкость в твердом (Ж/Т) и твердое в твердом (Т/Т).

Образование дисперсных систем с твердой дисперсионной средой часто является результатом протекания в системе структуро-образования, при котором она превращается в материал с ценными свойствами. Приобретение новых свойств дисперсными системами лежит в основе методов получения твердых материалов и определяется процессами отвердевания систем с газообразной или жидкой дисперсионными средами. Все системы с твердой дисперсионной средой относятся к связнодисперсным системам, поэтому их можно рассматривать как системы, имеющие бесконечно большую вязкость дисперсионной среды. В таких системах процессы коагуляции, связанные со снижением поверхностной энергии, протекают очень медленно и имеют форму перекристаллизации, или изотермической перегонки.

Системы типа Г/Т бывают грубо- и высокодисперсными. К ним относятся пемзы, губки, пенопласты, пеностекло, пенобетон и т.д. Они легки, прочны, плохо проводят тепло, поэтому могут служить строительными и термоизоляционными материалами. Их часто называют твердыми пенами. Высокодисперсные пористые материалы являются эффективными адсорбентами.

По аналогии с эмульсиями, системы с жидкой дисперсной фазой
и твердой дисперсионной средой (Ж/Т) иногда считают твердыми эмульсиями. Они очень важны для существования живых организмов. В таких системах жидкостные включения образуют непрерывную систему взаимосвязанных прослоек и каналов. Это – ткани растений и животных, живые клетки, а также почва, грунт, бумага, продукты питания и др.

Наибольшее значение имеют системы Т/Т. К ним относятся горные породы, металлические сплавы, пластмассы, драгоценные камни, эмали. Например, драгоценные камни – это дисперсия различных окислов в кварце или кристаллическом глиноземе (SiO₂). Цветные стекла, например рубиновые, изготовленные еще М. В. Ломоносовым, представляли собой дисперсию золота в стекле. Эмали – это легкоплавкие стекла с различными диспергированными пигментами. Металлические сплавы – важный класс дисперсных систем Т/Т, механические свойства которых в значительной мере зависят от строения, отвечающего различной степени раздробленности дисперсной фазы. Например, аустенит – это истинный твердый раствор, мартенсит – ультрамикрогетерогенная система, перлит – микрогетерогенная система. Для систем Т/Т, из всех наиболее типичных свойств, лучше всего выражена способность к све-торассеиванию. Даже термин опалесценция произошел от названия минерала опал, обладающего сильно выраженной способностью рассеивать свет.

37. Порошки: классификация, устойчивость и свойства, методы получения, применение.

Порошками называются высококонц-е дисперсные системы, в которых дисперсной фазой являются твердые частицы, а дисперсионной средой - воздух или другой газ. Условное обозначение: Т/Г.

Классификация порошков

1)По форме частиц:

равноосные (имеют примерно одинаковые размеры по трем осям);

волокнистые (длина частиц гораздо больше ширины и толщины);

плоские (длина и ширина значительно больше толщины).

2)По межчастичному взаимодействию:

связно дисперсные (частицы сцеплены между собой, т. е. система обладает некоторой структурой);

свободнодисперсные (сопротивление сдвигу обусловлено только трением между частицами).

3) по размерам частиц дисперсной фазы:

песок;

пыль;

пудра.

Характерными свойствами порошков являются способность к течению и распылению, флуидизация (переход в состояние, подобное жидкому) и гранулирование.

Порошки неустойчивы по отношению к агрегации и седиментации. Это объясняется тем, что газообразная среда не может взаимодействовать с дисперсной фазой в такой степени, чтобы поверхностная энергия снижалась до необходимых значений. Малая плотность газов ограничивает возможности регулирования также седиментационной устойчивости.

Порошки получают двумя методами: методом конденсации и диспергирования. Метод конденсации основан на получении порошков осаждением из растворов в результате коагуляции золей коллоидов или в результате химической реакции между электролитами.

Метод диспергирования основан на дроблении исходного сырья на различных мельницах и последующем разделении на фракции по размеру частиц. Получаемые порошки являются полидисперсными системами, так как они содержат частицы различной степени дисперсности. Дисперсность порошков имеет большое практическое значение; так, например, вкусовые свойства кофе, какао, муки, крахмала в значительной мере зависят от степени их дисперсности.

Применение.

Многие продукты пищевых производств выпускаются в виде порошков: мука, крахмал, сахарный песок, сахарная пудра, специи, молотые кофе и какао, сухое молоко и сливки, различные крупы и др. Некоторые пищевые продукты выпускаются в виде гранул и таблеток, например, гранулированные чай и кофе.

Порошки - одна из наиболее распространенных форм применения веществ в химико-технологических процессах переработки и получения различных материалов. Достаточно отметить, что большинство продуктов химических предприятий выпускается в виде порошков, гранул или окатышей, например, минеральные удобрения, полимеры, красители, ионообменные смолы, флокулянты, химические реактивы.

Порошки являются одной из наиболее распространенных лекарственных форм, применяемых как для наружного, так и для внутреннего употребления.

Аэрозоли – дисперсные системы с газовой дисперсионной средой: классификация, методы получения, применение. Циркуляция атмосферных аэрозолей.

Аэрозоли- свободные дисперсные системы с газообразной дисперсионной средой и дисперсной фазой, состоящей их твердых или жидких частиц.

Классификация.

1. По агрегатному состоянию дисперсной фазы:

туманы (Ж/Г) – дисперсная система, состоит из капелек жидкости;

дымы (Т/Г) – аэрозоли с твердыми частицами кондансационного происхождения;

пыли (Т/Г) – твердые частицы, образованные путем деспиригирования;

смог (Ж+Т/Г) – система смешанного типа, когда на твердых частицах конденсируется влага (туман, образовавшийся на частицах дыма);

2. По дисперсности:

ультрадисперсные аэрозоли (наночастицы) с размерами 0,001 – 0,01 мкм;

высокодисперсные аэрозоли (ВДА) 0,01 – 0,1 мкм;

среднедисперсные аэрозоли 0,1 – 10 мкм;

грубодисперсные аэрозоли 10 – 100 мкм.

Аэрозоли образуются при взрывах, дроблении и распылении веществ, а так же в процессах конденсации при охлаждении перенасыщенных паров воды и органических жидкостей.

Как и другие микрогетерогенные системы, аэрозоли могут быть получены двумя разными путями:

из грубо-дисперсных систем (диспергационные методы),

из истинных растворов (конденсационные методы).

Конденсационный метод.

Связан с образованием в гомогенной системе новой фазы. Обязательным условием ее образования является наличие пересыщенного пара, конденсация которого и приводит к образованию частиц дисперсной фазы.

Объемная конденсация пересыщенного пара может происходить в трех случаях:

*при адиабатическом расширении (образование облака);

*при смешении паров и газов, имеющих разные температуры (образование атмосферных туманов);

*при охлаждении газовой смеси.

Кроме того, конденсационный аэрозоль может образовываться в результате газовых реакций, ведущих к образованию нелетучих продуктов:

1)при сгорании топлива образуются дымовые газы, конденсация которых приводит к появлению топочного дыма;

2)при сгорании фосфора на воздухе образуется белый дым (Р₂О₅);

3)при взаимодействии газообразных NH₃ и НСl образуется дым МН₄Сl (тв);

4)окисление металлов на воздухе, происходящее в различных металлургических и химических процессах, сопровождается образованием дымов, состоящих из частиц оксидов металлов.

Особенность конденсации продуктов химических реакций – возможность каталитического действия конденсированных частиц на превращение исходных веществ.

Диспергационный метод.

Диспергационные аэрозоли образуются при измельчении (распылении) твердых и жидких тел в газовой среде и при переходе порошкообразных веществ во взвешенных состояниях при действии воздушных потоков.

Распыление твердых тел происходит в две стадии:

-измельчение

-распыление.

Применение аэрозолей:

1.Парфюмерная промышленность.

2.Пищевая промышленность и т.п.

Аэрозоли имеют побочное действие: они легковоспламенимы, токсичны, поэтому в нормативные документы внесены ПДК (предельно допустимые концентрации) аэрозолей, превышение этих норм опасно для здоровья.

Ежегодно в среднем один квадратный километр земной поверхности выбрасывает в атмосферу 20 т раздробленной массы, которая превращается в атмосферные аэрозоли. Если бы это количество аэрозолей все время накапливалось в воздухе, то нам буквально нечем было бы дышать. К счастью, существует круговорот аэрозолей в природе, и они возвращаются в исходное положение («возвращение на круги своя»).
Разрушение аэрозолей происходит за счет процессов оседания, осаждения, а также принудительным путем.