Dispergerat system (från latin dispersio "spridning") - formationer från faser (kroppar) , som praktiskt taget inte blandas och inte reagerar kemiskt med varandra. I ett typiskt fall av ett tvåfassystem är det första av ämnena ( den dispergerade fasen ) finfördelat i det andra ( dispergeringsmediet ). Om det finns flera faser kan de separeras fysiskt från varandra ( centrifug , separat , etc.).
Vanligtvis är dispergerade system kolloidala lösningar (soler) . Dispergerade system inkluderar även fallet med ett fast dispergerat medium i vilket den dispergerade fasen är belägen. Lösningar av makromolekylära föreningar har också alla egenskaper hos dispergerade system.
Den mest allmänna klassificeringen av dispergerade system är baserad på skillnaden i tillståndet för aggregation av dispersionsmediet och den/de dispergerade fasen/faserna. Kombinationer av tre typer av aggregerat tillstånd gör det möjligt att särskilja nio typer av tvåfasdispergerade system. För korthetens skull betecknas de vanligtvis med en bråkdel, vars täljare anger den dispergerade fasen och nämnaren anger dispersionsmediet; till exempel, för systemet "gas i vätska" används beteckningen G/L.
Beteckning | Dispergerad fas | Dispersionsmedium | Namn och exempel |
---|---|---|---|
Å/Å | gasformig | gasformig | Alltid homogen blandning (luft, naturgas) |
F/G | Flytande | gasformig | Aerosoler: dimma , moln |
TACK | fast | gasformig | Aerosoler (damm, ångor), pulverformiga ämnen |
G/F | gasformig | Flytande | Gasemulsioner och skum |
F/F | Flytande | Flytande | Emulsioner: olja , grädde , mjölk , blod |
T/F | fast | Flytande | Suspensioner och soler: massa , silt , suspension , pasta |
G/T | gasformig | fast | Porösa kroppar: polymerskum , pimpsten |
MED | Flytande | fast | Kapillärsystem (vätskefyllda porösa kroppar): jord , jord |
T/T | fast | fast | Solida heterogena system: legeringar , betong , glaskeramik , kompositmaterial |
Enligt de kinetiska egenskaperna hos den dispergerade fasen kan tvåfasdispergerade system delas in i två klasser:
Dessa system klassificeras i sin tur efter graden av spridning .
System med partiklar av den dispergerade fasen av samma storlek kallas monodispersa och system med partiklar av olika storlekar kallas polydispersa. Som regel är de verkliga systemen som omger oss polydispersa.
Det finns också dispergerade system med ett större antal faser - komplexa dispergerade system. Till exempel, när ett flytande dispersionsmedium med en fast dispergerad fas kokar upp, erhålls ett trefassystem "ånga-droppar - fasta partiklar" [ 1] .
Ett annat exempel på ett komplext dispergerat system är mjölk , vars huvudkomponenter (utan att räkna vatten ) är fett , kasein och mjölksocker . Fettet är i form av en emulsion och när mjölken står stiger den gradvis till toppen ( grädde ). Kasein finns i form av en kolloidal lösning och frigörs inte spontant, men kan lätt fällas ut (i form av keso ) när mjölk surgörs, till exempel med vinäger. Under naturliga förhållanden sker frisättningen av kasein under syrningen av mjölk . Slutligen är mjölksocker i form av en molekylär lösning och frigörs först när vattnet avdunstar.
Fritt dispergerade system är uppdelade efter partikelstorlek i:
namn | Partikelstorlek, m | Huvuddragen hos heterogena system |
---|---|---|
Ultramikroheterogen | 10 −9 …10 −7 | - heterogen;
- partiklar passerar genom pappersfiltret och passerar inte genom ultrafiltret – partiklar är inte synliga i ett optiskt mikroskop, men är synliga i ett elektronmikroskop och detekteras i ett ultramikroskop - relativt stabil kinetiskt - transparent, spridningsljus (ge en Faraday-Tyndall-kon) |
Mikroheterogen | 10 −7 …10 −5 | |
Grov | över 10-5 |
Ultramikroheterogena system kallas också kolloidala eller soler . Beroende på dispersionsmediets beskaffenhet delas soler in i fasta soler, aerosoler (soler med ett gasformigt dispersionsmedium) och lyosoler (soler med ett flytande dispersionsmedium). Mikroheterogena system inkluderar suspensioner , emulsioner , skum och pulver. De vanligaste grovdispergerade systemen är system med fast gas (till exempel sand ).
Kolloidala system spelar en stor roll i biologi och mänskligt liv. I kroppens biologiska vätskor är ett antal ämnen i kolloidalt tillstånd. Biologiska föremål (muskel- och nervceller , blod och andra biologiska vätskor) kan betraktas som kolloidala lösningar. Dispersionsmediet för blod är plasma - en vattenlösning av oorganiska salter och proteiner .
Porösa material är uppdelade efter porstorlek, enligt klassificeringen av M. M. Dubinin , i:
namn | Partikelstorlek, µm |
---|---|
mikroporösa | mindre än 2 |
Mesoporös | 2-200 |
Makroporös | över 200 |
Enligt IUPAC- rekommendationen kallas porösa material med porstorlekar upp till 2 nm mikroporösa, mesoporösa - från 2 till 50 nm, makroporösa - över 50 nm.
Enligt deras struktur delas porösa material in i korpuskulära och svampiga . Korpuskulära kroppar bildas genom sammansmältning av individuella strukturella element (vanligtvis av olika former och storlekar) - både icke-porösa och de med primär porositet (porös keramik , papper , tyg , etc.); porerna här är mellanrummen mellan elementens strukturer. Svampiga kroppar är luckorna mellan dessa partiklar och deras ensembler. Svampiga kroppar kan bildas som ett resultat av topokemiska reaktioner , urlakning av vissa komponenter i fasta heterogena system, pyrolytisk nedbrytning av fasta ämnen, yt- och volymerosion ; deras porer representerar vanligtvis ett nätverk av kanaler och kaviteter av olika former och variabla tvärsnitt [2] .
Enligt geometriska egenskaper är porösa strukturer uppdelade i regelbundna (där den regelbundna växlingen av enskilda porer eller håligheter och kanaler som förbinder dem observeras i kroppens volym) och stokastiska (där orientering, form, storlek, ömsesidigt arrangemang och relationer mellan porer är slumpmässiga). De flesta porösa material kännetecknas av en stokastisk struktur. Porernas natur spelar också roll: öppna porer kommunicerar med kroppens yta så att vätska eller gas kan filtreras genom dem; återvändsgrändporer kommunicerar också med kroppens yta, men deras närvaro påverkar inte materialets permeabilitet; slutna porer [2] .
Solida heterogena systemEtt karakteristiskt exempel på solida heterogena system är nyligen allmänt använda kompositmaterial (kompositer) - artificiellt skapade fasta, men inhomogena, material som består av två eller flera komponenter med tydliga gränssnitt mellan dem. I de flesta av dessa material (med undantag för skiktade) kan komponenterna delas in i en matris och förstärkande element inkluderas i den ; i detta fall är förstärkningselementen vanligtvis ansvariga för materialets mekaniska egenskaper, och matrisen säkerställer att förstärkningselementen fungerar tillsammans. Bland de äldsta kompositmaterialen är adobe , armerad betong , bulat , papier-maché . Nuförtiden används i stor utsträckning fiberförstärkta plaster , glasfiber , cermets , som har funnits inom olika teknikområden.
Mekaniken i flerfasmedia handlar om studiet av rörelsen hos dispergerade system . I synnerhet uppgifterna med att optimera olika värme- och kraftenheter ( ångturbiner , värmeväxlare , etc.), samt att utveckla tekniker för applicering av olika beläggningar , gör problemet med matematisk modellering av flöden nära väggen av en gas-vätskedroppe blandning ett akut problem . I sin tur kräver en betydande variation i strukturen av flöden nära väggen av flerfasmedia, behovet av att ta hänsyn till olika faktorer (dropptröghet, vätskefilmbildning, fasövergångar etc.) konstruktion av speciella matematiska modeller av flerfasmedia , som för närvarande aktivt utvecklas [3] .
Möjligheterna till analytiska studier av icke-stationära gasdynamiska flöden av flerfasiga dispersa medier, där bärargasfasen inkluderar små fasta eller flytande inneslutningar ("partiklar"), är mycket begränsade, och metoder för beräkningsmekanik kommer till förut [4] . Samtidigt får studiet av sådana flöden i närvaro av intensiva fasövergångar betydande relevans - till exempel i analysen av nödsituationer i kärnkraftverkens kylsystem , studiet av vulkanutbrott och i ett antal tekniska applikationer, inklusive optimering av enheter som tillåter skapandet av höghastighets flerfasjetstrålar [1] .
Ordböcker och uppslagsverk |
---|
Materias termodynamiska tillstånd | |||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Fas tillstånd |
| ||||||||||||||||
Fasövergångar |
| ||||||||||||||||
Dispergera system | |||||||||||||||||
se även |