Дисперсні системи

Дисперсні системи — це фундаментальне поняття в хімії, фізиці та матеріалознавстві, що описує багатокомпонентні системи з різнорідною структурою. Вони відіграють важливу роль як у природних процесах, так і в численних галузях промисловості, включно з фармацевтикою, харчовими технологіями та матеріалознавством.

Що таке дисперсна система

Під дисперсною системою розуміють неоднорідну систему, що складається з двох або більше компонентів, один з яких рівномірно розподілений у іншому. Один компонент називають дисперсною фазою, інший — дисперсним середовищем.

Простими словами, якщо одна речовина рівномірно «розпорошена» в іншій (наприклад, дим, молоко, кров), — це і є дисперсна система.

Класифікація дисперсних систем: грубодисперсні, колоїдні, істинні розчини

Дисперсні системи та їх класифікація базуються на розмірах частинок у дисперсній фазі:

• Грубодисперсні системи: частинки більші за 100 нм (наприклад, суспензії, емульсії, аерозолі);
• Колоїдні системи: розмір частинок у межах 1–100 нм (наприклад, молоко, дим, желе);
• Істинні розчини: частинки розчиненої речовини мають розміри менше 1 нм (наприклад, сольовий розчин у воді).

Цей поділ допомагає розуміти, як поводяться системи в залежності від їх складу та умов середовища.

Склад дисперсних систем: дисперсне середовище та дисперсна фаза

У будь-якій дисперсній системі є:

• Дисперсна фаза — речовина, що рівномірно розподілена (наприклад, краплі, тверді частинки, газові бульбашки);
• Дисперсне середовище — речовина, в якій розподілена дисперсна фаза (наприклад, вода, повітря, масло).

Взаємодія між цими двома складовими визначає тип системи, її стабільність, текучість та інші властивості.

Основні фізико-хімічні властивості дисперсних систем

Основні властивості, характерні для дисперсних систем, включають:

• Оптичні (заломлення, світлорозсіювання — ефект Тіндаля для колоїдів);
• Механічна стабільність (здатність до осадження або коагуляції);
• Електричні властивості (наприклад, електрофорез);
• Осмотичний тиск та в’язкість.

Ці властивості важливі для керування поведінкою систем в умовах виробництва або зберігання.

Приклади дисперсних систем у природі та техніці

Наведемо кілька поширених дисперсних систем приклади:

• Природні системи: кров (колоїдна система), туман (аерозоль), молоко (емульсія);
• Технічні: цементна суміш (суспензія), фарби, мастила, лаки, косметичні засоби.

Дисперсні системи зустрічаються повсюди — у природі, побуті, техніці, медицині.

Використання дисперсних систем у матеріалознавстві та промисловості

У матеріалознавстві дисперсні системи застосовуються для створення:

• Композитів;
• Металевих порошкових сплавів;
• Керамічних суспензій для 3D-друку;
• Колоїдних розчинів для нанесення покриттів.

У промисловості вони використовуються:

• У харчовому виробництві (майонези, емульсії, напої);
• У фармацевтиці (лікарські суспензії);
• У нафтогазовій сфері (бурові розчини);
• У косметології (емульсійні креми, спреї).

Розуміння того, що таке дисперсні системи, їх властивостей та класифікації — необхідна складова для успішного застосування в науці, промисловості та повсякденному житті. Це універсальна модель опису складних речовин з великим технічним потенціалом.