Дисперсные системы. Истинные растворы

Системы, в которых одно вещество, находящееся в измельчённом состоянии, равномерно распределяется в объёме другого вещества, называются дисперсными.

В таких системах измельчённое вещество обычно называется дисперсной фазой, а вещество, в котором находится дисперсная фаза, – дисперсионной средой.

Дисперсные системы классифицируются по различным признакам и, в первую очередь, в зависимости от размеров частиц дисперсной фазы, т.к. эта величина оказывает самое существенное влияние на все основные физико-химические свойства дисперсных систем (табл. 13). Следует отметить, что во всех видах дисперсных систем, частички дисперсной фазы визуально не обнаруживаются.

Таблица 13. Классификация дисперсных систем по размерам частиц дисперсной фазы

Размеры частиц (м)	Название системы
меньше 10-9 м	Молекулярно-дисперсные или ионно-дисперсные системы (истинные растворы)
10-9 м ÷ 10-7 м	Коллоидно-дисперсные системы
10-7 м ÷ 10-5 м	Грубо-дисперсные системы

В истинных растворах вещество дисперсной фазы находится в виде отдельных молекул или ионов, размеры которых значительно меньше длин световых волн (≈ 4 ∙ 10^-7 м – 8 ∙ 10^-7 м), поэтому эти системы не рассеивают световые волны, являются прозрачными и не опалесцируют.

Истинные растворы являются гомогенными системами. В них отсутствует граница раздела между дисперсной фазой и дисперсионной средой. Вследствие этого они устойчивы, способны образовываться самопроизвольно (без затрат энергии извне) и могут существовать неограниченно долгое время, если не менять их состав и условия хранения.

В коллоидно-дисперсных системах частички дисперсной фазы состоят из множества соединённых между собой молекул, атомов или ионов. Размеры этих частиц немногим меньше длин волн видимого света, поэтому эти системы хотя и прозрачны как и истинные растворы, но, в отличие от последних, рассеивают световые волны и опалесцируют.

Коллоидно-дисперсные системы по своему составу являются гетерогенными и характеризуются большой площадью поверхности раздела фаз. В них достаточно сильно проявляются различные поверхностные явления, протекающие на границе раздела фаз (или агрегатных состояний веществ). Это приводит к образованию значительной поверхностной энергии. Вследствие этого коллоидные системы являются термодинамически неустойчивыми. Для их образования часто нужно затратить энергию из- вне.

Коллоидно-дисперсные системы всегда стремятся самопроизвольно уменьшить границу раздела между двумя фазами путём агрегации (укрупнения) частиц дисперсной фазы. Конечным итогом этого процесса является выпадение вещества дисперсной фазы в осадок. При этом происходит разделение системы на 2 фазы, имеющие минимальную межфазовую поверхность и минимальную поверхностную энергию.

Поэтому для своего существования коллоидно-дисперсные системы требуют добавок специальных веществ (стабилизаторов), которые, адсорбируясь на поверхности частичек дисперсной фазы, создают вокруг них защитный адсорбционный слой, предохраняющий частички от слипания (агрегации). Благодаря этому, коллоидные системы могут существовать какое-то ограниченное время (в максимальном случае – несколько десятков лет). Следует подчеркнуть, что коллоидные системы и истинные растворы внешне не отличаются друг от друга.

В грубо-дисперсных системах размеры частичек дисперсной фазы значительно больше длин световых волн видимой части спектра. Поэтому эти системы являются непрозрачными и мутными. Они гетерогенны, имеют большую межфазовую поверхность и, как и коллоидные системы, являются термодинамически неустойчивыми, требуют добавок стабилизаторов, которые препятствовали бы слипанию частичек. Однако размеры и масса частиц дисперсной фазы в грубо-дисперсных системах значительно больше, чем в коллоидных. Поэтому даже в присутствии стабилизаторов за счёт действия силы тяжести, направленной вниз, в течение непродолжительного отрезка времени, вещество дисперсной фазы выпадает в осадок.

Системы, в которых размеры частичек вещества больше, чем 10^-5 м, называются смесями. Они неоднородны и в большинстве случаев это легко обнаруживается даже визуально.

Коллоидно- и грубо-дисперсные системы классифицируются ещё и в зависимости от агрегатного состояния вещества дисперсной фазы и дисперсионной среды (табл. 14).

Таблица 14. Классификация дисперсных систем в зависимости от агрегатного состояния составляющих их веществ

Агрегатное состояние вещества диспер- сной фазы Агрегатное сос- тояние вещества дисперсионной среды	Газ	Жидкость	Твёрдое тело
Газ	могут образовывать только истинные растворы	Аэрозоли
		п риродные аэрозоли
		туман	дым, пыль
Жидкость	пены	эмульсии	суспензии или взвеси
Твёрдое тело	твёрдые пены (пемза)	жемчуг	окрашенные драгоценные камни (рубин, гранат, изумруд и др.)

В природе и в повседневной деятельности человека наибольшее значение имеют истинные растворы.